一、概述
原子吸收光譜法(AtomicAbsorptionSpectroscopy,AAS),又稱原子吸收分光光度法,是利用氣態(tài)原子可以吸收一定波長的光輻射,使原子中外層的電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的現(xiàn)象而建立的。各種原子中電子的能級不同,可選擇性地共振吸收一定波長的輻射光,由此作為元素定性的依據(jù),而吸收輻射的強度可作為定量的依據(jù)。
原子吸收現(xiàn)象早在19世紀初就已被發(fā)現(xiàn),直到1955年澳大利亞聯(lián)邦科學與工業(yè)研究組織(CSIRO)的科學家阿蘭·沃爾什(AlanWalsh才奠定了原子吸收光譜法的測量基礎,應用于金屬元素分析。該法在20世紀60年代后得到迅速發(fā)展,趨于成熟?,F(xiàn)在可用于70多種元素的直接測定,是測定微量或痕量元素的重要技術(shù)。
原子吸收光譜法具有檢出限低(火焰法可達μgmL-1級),準確度高(火焰法相對誤差小于1%),選擇性好(干擾少),分析速度快,應用范圍廣(火焰法可分析30多種元素,石墨爐法可分析70多種元素,氫化物發(fā)生法可分析11種元素)等優(yōu)點。該法主要適用樣品中微量及痕量組分分析。
原則上講,不能多元素同時分析。測定元素不同,必須更換光源燈,這是它的不便之處。原子吸收光譜法測定難熔元素的靈敏度還不令人滿意。在可以進行測定的70多個元素中,比較常用的僅30多個。當采用將試樣溶液噴霧到火焰的方法實現(xiàn)原子化時,會產(chǎn)生一些變化因素,因此精密度比分光光度法差。還不能測定共振線處于真空紫外區(qū)域的元素,如磷、硫等。
標準工作曲線的線性范圍窄(一般在一個數(shù)量級范圍),對于基體復雜的樣品,尚存干擾問題。高背景低含量樣品測定時精密度下降。
二、原子吸收光譜儀
原子吸收光譜儀主要由銳線光源、原子化器(與試液相連)、分光系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和電源同步調(diào)制系統(tǒng)組成。在測定特定元素含量時,用該元素的銳線光源發(fā)射出特征輻射,試液在原子化器中發(fā)生霧化并解離為氣態(tài)基態(tài)原子,吸收通過該區(qū)的元素特征輻射使后者得到減弱,經(jīng)過色散系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)后測得吸光度,最后根據(jù)吸光度與被測定元素濃度之間的線性關系,進行該元素的定量分析。
(1)光源:光源的功能是發(fā)射被測元素的特征共振輻射。對光源的基本要求是:發(fā)射的共振輻射的半寬度要明顯小于吸收線的半寬度;輻射強度大、背景低,低于特征共振輻射強度的1%;穩(wěn)定性好,30min之內(nèi)漂移不超過1%;噪聲小于0.1%;使用壽命長于5Ah??招年帢O放電燈是能滿足上述各項要求的理想的銳線光源,應用最廣。
(2)原子化器:其功能是提供能量,使試樣干燥,蒸發(fā)和原子化。實現(xiàn)原子化的方法,最常用的有兩種:一是火焰原子化法,原子光譜分析中最早使用的原子化方法,至今仍在廣泛地被應用;二是非火焰原子化法,其中應用最廣的是石墨爐電熱原子化法。
(3)分光器:由入射和出射狹縫、反射鏡和色散元件組成,其作用是將所需要的共振吸收線分離出來。
(4)檢測系統(tǒng):原子吸收光譜儀中廣泛使用的檢測器是光電倍增管,一些儀器也采用CCD(Charge一coupledDevice,電荷耦合元件)作為檢測器。
最常用的分析方法為標準曲線法,即配制不同濃度的標準溶液,在相同測定條件下用空白溶液調(diào)整零吸收,根據(jù)標準溶液濃度和吸光度繪制吸光度一濃度標準曲線,測定試樣溶液的吸光度,并用內(nèi)插法在標準曲線上求得試樣中被測定元素的含量。
三、食品分析中的應用
食品中存在的元素來源于自然存在的元素以及加工、制造過程中的外來污染元素Na、Mg、K、Ca、B、Si、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ca、Zn、As、Se、Mo、Sn。食品因環(huán)境污染出現(xiàn)的其他元素對消費者可能達到有毒害的水平,如Cd、Hg、Pb、As、Sn等有毒污染物。這些元素均可用AAS法測定??梢詰肁AS法測定的食物種類很多,如谷物產(chǎn)品、奶制品、蛋類及其制品、肉類及其制品、魚類及海產(chǎn)品、蔬菜水果及其制品、脂肪及油脂、堅果及其制品、糖及其制品、飲料及調(diào)味品等。樣品測定前需進行必要的有機物破壞處理。
測定Na、K元素時,將溶液吸入空氣一乙炔火焰(測鈉用貧燃氣)分別在589.00nm和766.49nm處測定鈉和鉀的吸光度。當溶液濃度較高時,可分別用鈉與鉀的次靈敏線,即330.24nm和404.41nm測定鈉和鉀。
測定鎂和鈣時,樣品以濕法消化或干法灰化后以酸溶解引入溶液中。用火焰AAS測定鎂和鈣的濃度,分別用空氣一乙炔火焰測鎂,用N2O一C2H2火焰測鈣。樣品用HNO3一HC1O4消化,在285.21nm處測鎂、422.67nm處測鈣。必須注意環(huán)境中灰塵、儀器、化學試劑和器皿的污染對檢測結(jié)果的影響。
測鋁時,樣品用濕法消化后,將樣品吸入富燃N2O一C2H2火焰中,在309.27/309.28nm處測定鋁的吸收。對309.27/309.28nm一對譜線,靈敏度取決于光譜通帶,用0.2nm的窄通帶以減少火焰的強烈發(fā)射。信噪比(S/N)可以靠增加燈電流和使燃料氣流最佳化來改善。
測定鉛、錳和銅時,可使用石墨爐原子化器分別在283.3nm處測鉛,279.5nm處測錳,在324.8nm處測銅。高的灰化溫度會使鉛的損失很大,由于不能使用高的溫度,所以共存物質(zhì)對鉛的干擾比較嚴重,鉛的氯化物在鉛原子蒸汽形成前會以分子的形式蒸發(fā),為防止其蒸發(fā)可用加入過氧化氫的方法消化。如果干擾嚴重可在進樣時加人5IA磷酸氨作為基體改進劑,效果顯著。錳的靈敏度與狹縫寬度有關。錳有鄰近線為分離鄰近線,必須選擇窄的狹縫寬度。某些樣品中低含量的鋁可以在引入火焰之前先用鰲合一溶劑萃取進行富集,例如測定葡萄酒中鋁的含量時用HNO3—H2SO4消化,在MBK(甲基異丁基甲酮)中用8一羥基喹啉萃取后再進行測定。
測鉻時,以NHO3—HC1O4消化樣品。如測菜油中鉻的含量,樣品不需消化,以MBK稀釋,混合,使用N2O—C2H2火焰,在357.87nn處以0.2nm的窄光譜通帶測定鉻的吸光度。
采用原子吸收光譜法對常見幾類食品中鋅的含量分析,發(fā)現(xiàn)谷類、肉類、水產(chǎn)類食品含鋅量較高,蛋類食品含鋅量中等,蔬菜水果含量普遍偏低。
不同類型的野生櫻桃李微量元素含量有所不同。HNO3-HC1O4濕法消解樣品后,加入磷酸二氫銨為基體改進劑,可使灰化、原子化溫度提高,背景干擾得到有效控制。
采用濕消解法和干灰化法對木耳、紫菜、黑豆樣品進行預處理,用火焰原子吸收光譜法測定其中微量元素鋅、鈣和銅的含量,鈣的線性范圍為0.10一10mg/L,銅和鋅的線性范圍均為0.05一5mg/L;濕消解法比干灰化法處理樣品更為理想,其靈敏度及準確度均較高。鋅、鈣和銅加標回收率的相對標準偏差(n=10)可達到小于2%。