原子吸收光譜儀通過光源、原子化器與光學系統的協同作用,實現對待測元素的高精度定量分析,其結構與功能如下:
一、光源:發射特征共振輻射
光源是原子吸收光譜儀的核心部件,通常采用空心陰極燈。該燈由待測元素材料制成的陰極與鈦、鋯等材料制成的陽極組成,封閉于充有惰性氣體(如氖或氬)的硬質玻璃管內。當兩極間施加電壓時,惰性氣體電離,離子撞擊陰極表面,濺射出待測金屬原子并激發,發射出該元素的特征共振線(如鈉的589.0nm、銅的324.8nm)。此光源需滿足銳線輻射(半寬度遠小于吸收線半寬度)、輻射強度大、穩定性高(30分鐘內漂移不超過1%)等要求,以確保選擇性吸收與檢測靈敏度。
二、原子化器:提供能量使樣品原子化
原子化器的作用是將樣品中的元素轉化為基態原子蒸氣,以便吸收光源發射的特征譜線。常見類型包括:
火焰原子化器:通過燃氣(如乙炔)與助燃氣(如空氣)混合燃燒產生高溫(約2300℃),使樣品溶液霧化后蒸發、干燥并原子化。適用于易揮發、低沸點元素的檢測。
石墨爐原子化器:樣品注入石墨管內,經分階段升溫(干燥、灰化、原子化、凈化)實現原子化。原子化效率高,適用于痕量分析(如μg/L級)。
三、光學系統:引導、分離與測量光強
光學系統由準直器、光柵、反射鏡及檢測器等組成,其功能包括:
準直器:將光源發出的光束聚焦為平行光,確保信號準確測量。
光柵:通過衍射作用分離不同波長的光,選擇目標波長的共振吸收線進入檢測器,阻止其他波長光通過。
檢測器(如光電倍增管):將光信號轉化為電信號,測量被樣品吸收后的光強度。
四、協同作用與檢測流程
光源發射的特征共振線經光學系統引導,通過原子化器中的基態原子蒸氣,部分光被吸收。檢測器測量吸光度后,通過朗伯-比爾定律(A=εbc)計算樣品中待測元素的濃度。三者的協同確保了檢測的高靈敏度、準確性與抗干擾能力,廣泛應用于環境監測、食品安全等領域。