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幹擾效應及其消除方法

原子吸收光譜法的主要幹擾包括物理幹擾、化學幹擾、電離幹擾、光譜幹擾和背景幹擾。

物理幹擾

物理幹擾是指試液與標準溶液的物理性質不同而引起的幹擾。如溶液的粘度、表面張力或密度,影響樣品的原子化或氣溶膠到達火焰引起原子吸收強度變化而產生的幹擾。為了消除物理幹擾,可配制與被測樣品成分相似的標準溶液或采用標準加入法。如果樣品溶液的濃度很高,也可以使用稀釋法。

5.3.2.2化學幹擾

化學幹擾是被測元素的原子與* * *中已有的成分發生化學反應形成穩定化合物,從而影響被測元素原子化的幹擾。有幾種方法可以消除化學幹擾。

(1)選擇合適的霧化方法。

提高原子化溫度,減少化學幹擾。利用高溫火焰或提高石墨爐原子化溫度,可以分解難以離解的化合物。難熔氧化物可被火焰和石墨爐原子化還原分解,具有很強的還原性。

(2)加入脫模劑

釋放劑和幹擾物質能生成比被測元素更穩定的化合物,釋放被測元素。例如,磷酸鹽幹擾鈣的測定。鑭鹽和鍶鹽可以加入到測試溶液中。鑭、鍶、磷酸鹽首先生成比鈣更穩定的磷酸鹽,使鈣釋放出來。

(3)加入保護劑

保護劑能與被測元素生成易分解或更穩定的絡合物,防止被測元素與幹擾成分生成難以解離的化合物。保護劑通常是有機絡合劑,如EDTA和8-羥基喹啉。

(4)加入基體改進劑

對於石墨爐原子化法,在樣品中加入基體改進劑,可使其在幹燥或灰化階段與樣品發生化學變化,增加基體的揮發性或改變被測元素的揮發性以消除幹擾。

5.3.2.3電離幹擾

在高溫下,原子會電離,使基態原子數減少,吸光度降低。這種幹擾稱為電離幹擾。消除電離幹擾的方法是加入過量的去離子劑。去離子器是壹種電離電位低於被測元素的元素。在相同條件下,去離子器先電離,產生大量電子,抑制被測元素電離。例如,當測量鈣時,可以加入過量的KCl溶液以消除電離幹擾。鈣的電離勢為6.1eV,鉀的電離勢為4.3EV,由於鉀的電離,產生大量電子,使鈣離子獲得電子,產生原子。

5.3.2.4光譜幹涉

* * *當被測元素的吸收線與被測元素的分析線波長非常接近時,如果兩條譜線重疊或部分重疊,結果會更高。非吸收線可能是被測元素的其他* * *振動線和非* *振動線,也可能是光源中雜質的譜線。壹般來說,通過減小狹縫寬度和燈電流或選擇另壹條譜線來消除非吸收線的幹擾。

5.3.2.5背景幹擾

背景幹擾也是光譜幹擾的壹種。分子吸收和光散射是形成光譜背景的主要因素。

(1)分子吸收和光散射

分子吸收是指原子化過程中產生的分子對輻射的吸收。分子吸收是波段光譜,在壹定波長範圍內會產生幹涉。例如,堿金屬鹵化物在紫外區吸收;不同的無機酸有不同的作用。當波長小於250nm時,H2SO4和H3PO4具有強吸收帶,而HNO3和HCl具有弱吸收帶。因此,在原子吸收光譜分析中,經常使用HNO3和HCl來制備溶液。

光散射是指霧化過程中產生的微小固體顆粒對光的散射,導致透射光減少,吸收值增加。

(2)背景校正方法

A.相鄰非* *振線的背景校正方法

背景吸收是寬帶吸收。分析線測量的是原子吸收和背景吸收的總吸光度。AT在分析線附近選擇壹條非* *振線,非* *振線不會產生* * *吸振。此時測得的吸收為背景吸收AB。將兩次測量的吸光度相減,得到的吸光度值就是扣除背景後的原子吸收吸光度值A。

AT=A+AB

A=AT-AB=kc

該方法適用於分析線附近背景吸收變化不大的情況,否則準確度差。

B.連續光源背景校正方法

目前,原子吸收分光光度計壹般都配有連續光源自動背景扣除裝置。紫外區連續光源氘燈;可見區使用碘鎢燈和氙燈。

氘燈產生的連續光譜進入單色儀的狹縫,通常約為原子吸收譜線寬度的100倍。氘燈的原子吸收信號是空心陰極燈原子信號的0.5%。所以可以認為氘燈主要測量背景吸收信號,空心陰極燈測量原子吸收和背景信號,兩者相減得到原子吸收值。氘燈校準方法已廣泛應用於原子吸收光譜儀中。氘燈校準與原子吸收波長相同,校準效果明顯優於非* *振弦法。

氘燈背景校正是商業儀器中最常用的技術。為了提高背景扣除能力,在電路和光路設計上做了很多改進,自動化程度越來越高。

這種方法的缺點是氘燈是氣體放電燈,而空心陰極燈屬於空心陰極濺射放電燈。這兩種燈具有不同的放電特性、不同的能量分布和不同的光斑尺寸。另外,兩個燈的光斑不容易完全重疊,劇烈的原子化造成石墨爐內原子分子濃度在時間和空間上的不均勻分布,從而造成背景扣除的誤差。

C.塞曼效應背景校正方法

1886年,荷蘭物理學家塞曼發現光源的譜線在強磁場的作用下發生分裂,這種現象被稱為塞曼效應。類似於磁場作用於光源產生的塞曼效應(稱為正向塞曼效應),當磁場作用於吸收池時,也可以觀察到吸收線的磁分裂,即反向塞曼效應,也叫吸收線塞曼效應。

根據觀察譜線的方向,塞曼效應可分為橫向塞曼效應和縱向塞曼效應。垂直於磁場方向觀察到橫向塞曼效應,而平行於磁場方向觀察到縱向塞曼效應。利用橫向塞曼效應得到三條線偏振譜線,譜線的波數分別為ν-ν,ν,ν +ν。對於中波數不變的譜線,電矢量的振動方向平行於磁場方向,稱為π分量。另外兩條譜線的波數變化分別為-δν和+ν ν,其電矢量的振動方向垂直於磁場方向,稱為σ分量。在縱向塞曼效應中,觀察到波數為ν+ν和ν-ν的兩束圓偏振光。前者為順時針圓偏振光,後者為逆時針圓偏振光,中頻恒定的π分量消失。

將塞曼效應應用於原子吸收進行背景校正的方法有很多種。磁場可以施加到光源或霧化器上;橫向和縱向效果都可以;可以使用恒定磁場,也可以使用交變磁場,交變磁場分為固定磁場強度和可變磁場強度。

由於條件的限制,上述組合並不能全部應用於原子吸收光譜儀。例如:縱向恒定磁場,由於沒有π分量,無法測量樣品的* * *振動吸收;塞曼效應應用於光源在前期的研究中已經做了大量的工作,但由於所需的特殊光源目前還沒有普及,所以只在壹些特殊的器件中使用。比如塞曼水銀計,因為汞燈可以做得很小,可以獲得更高的磁場強度。光源調制的另壹個缺點是難以保證基線的長期穩定性。目前,應用於霧化器的塞曼效應背景校正裝置在商業儀器中應用廣泛,主要有三種調制形式,即橫向恒定磁場、橫向交變磁場和縱向交變磁場。圖5.9是三個塞曼效應背景校正裝置的示意圖。

圖5.9塞曼效應背景校正裝置

橫向恒定磁場;橫向交變磁場;縱向交變磁場

圖5.9a顯示了壹種橫向恒定磁場裝置,該裝置使用永久磁鐵產生強磁場,可應用於火焰原子化器和石墨爐原子化器。

圖5.9b示出了橫向交變磁場裝置,其使用電磁體來產生交變磁場。為了產生高強度的磁場,磁場的大小壹般都做得較小,所以在石墨爐原子化器中被廣泛使用。當對原子化器施加橫向磁場時,當原子化器內存在被測元素的原子蒸氣時,吸收線輪廓發生分裂(逆塞曼效應),產生π分量和σ分量。

利用光的矢量特性(只有偏振特性相同的光才能相互作用),引入旋轉偏振片,將光源發出的振動輻射變為線偏振光。假設磁場方向平行於紙面,當旋轉起偏器旋轉到* * *振動輻射的偏振特性平行於紙面時,形成樣品光,測量分析原子吸收和背景吸收,由於原子吸收線π分量的偏振特性與它們相同,產生分析原子吸收;當旋轉偏振器旋轉直到* *振動輻射的偏振特性垂直於紙張表面時,形成參考光,並且測量背景吸收。由於原子吸收線的σ成分與參比光的波長不同,不產生吸收,π成分的偏振特性與參比光不同,不產生樣品吸收。但是背景吸收通常是寬帶的,沒有塞曼分裂,樣品和參考光束的吸收是壹樣的。兩個光束產生的吸光度相減,得到凈分析原子吸收。

由於旋轉偏振鏡的加入,光源的光強降低了至少50%,吸收線的塞曼分裂也削弱了對* * *振動光的吸收,所以這種背景校正裝置的主要不足是靈敏度損失。

圖5.9c示出了縱向交變磁場裝置。由於縱向塞曼效應中沒有π分量,不需要旋轉起偏器,很好地解決了校正背景和靈敏度損失之間的矛盾。

為了實現縱向塞曼效應,美國Perkin-Elmer公司對石墨爐結構進行了改造,將縱向加熱石墨管改為橫向加熱石墨管,將橫向磁場改為縱向磁場,並制作了4100ZL橫向加熱縱向塞曼效應原子吸收光譜儀,在其最新的Aanalyst800和SIMAA6100儀器上推廣應用,取得了良好的效果。

背景校正裝置的壹個主要缺點是它的線性動態範圍較小,靈敏度比常規儀器低。為了克服線性動態範圍小的缺點,德國Jena公司開發了3個磁場下塞曼效應的背景校正技術,可以將測量的線性動態範圍擴大壹個數量級。澳大利亞GBC科學儀器公司的Avanta UltraZ原子吸收分光光度計的磁場強度為0.6 ~ 1.1t(1t = 1v s·m-2),可以任意設置。對不同元素的不同背景幹擾采用不同的磁場強度,可有效提高儀器的靈敏度和測試準確度。

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