原子吸收光谱仪通过光源、原子化器与光学系统的协同作用,实现对待测元素的高精度定量分析,其结构与功能如下:
一、光源:发射特征共振辐射
光源是原子吸收光谱仪的核心部件,通常采用空心阴极灯。该灯由待测元素材料制成的阴极与钛、锆等材料制成的阳极组成,封闭于充有惰性气体(如氖或氩)的硬质玻璃管内。当两极间施加电压时,惰性气体电离,离子撞击阴极表面,溅射出待测金属原子并激发,发射出该元素的特征共振线(如钠的589.0nm、铜的324.8nm)。此光源需满足锐线辐射(半宽度远小于吸收线半宽度)、辐射强度大、稳定性高(30分钟内漂移不超过1%)等要求,以确保选择性吸收与检测灵敏度。
二、原子化器:提供能量使样品原子化
原子化器的作用是将样品中的元素转化为基态原子蒸气,以便吸收光源发射的特征谱线。常见类型包括:
火焰原子化器:通过燃气(如乙炔)与助燃气(如空气)混合燃烧产生高温(约2300℃),使样品溶液雾化后蒸发、干燥并原子化。适用于易挥发、低沸点元素的检测。
石墨炉原子化器:样品注入石墨管内,经分阶段升温(干燥、灰化、原子化、净化)实现原子化。原子化效率高,适用于痕量分析(如μg/L级)。
三、光学系统:引导、分离与测量光强
光学系统由准直器、光栅、反射镜及检测器等组成,其功能包括:
准直器:将光源发出的光束聚焦为平行光,确保信号准确测量。
光栅:通过衍射作用分离不同波长的光,选择目标波长的共振吸收线进入检测器,阻止其他波长光通过。
检测器(如光电倍增管):将光信号转化为电信号,测量被样品吸收后的光强度。
四、协同作用与检测流程
光源发射的特征共振线经光学系统引导,通过原子化器中的基态原子蒸气,部分光被吸收。检测器测量吸光度后,通过朗伯-比尔定律(A=εbc)计算样品中待测元素的浓度。三者的协同确保了检测的高灵敏度、准确性与抗干扰能力,广泛应用于环境监测、食品安全等领域。