火焰原子吸收光谱法

摘要

本发明属于火焰原子吸收光谱术，采用富氧空气乙炔火焰法及其专用的火焰原子化装置，克服了目前广泛应用的空气乙炔火焰法温度低，灵敏度低，可分析元素种类少和氧化二氮乙炔火焰有毒，成本高，火焰不能控制调节等缺点，因此适用于各个领域中的大多数元素的分析测试。

说明书

本发明属于原子吸收光谱术

火焰原子吸收光谱法是一种操作简捷的仪器分析方法，被广泛地应用于地质、冶金、化工、医药、生物、环保等各个领域的各种元素的分析测定中。

目前使用的火焰原子吸收光谱法主要有两类。一类是空气乙炔火焰，这类火焰由于助燃空气中含氧仅为21%，因此温度较低，为2600K，大多数元素在此温度下蒸发离解不完全，原子化效率低，故仅适用于氧化物离解能小于5ev及熔点、沸点较低的一些元素，如碱金属、铜分族、锌分族、铁、钴、镍、锰等元素;对于氧化物离解能为5-6ev，熔点、沸点略高的一些元素，如碱土金属、铬、钼、镓等测试灵敏度较低，且化学干扰严重;对于氧化物离解能大于6ev，熔点、沸点更高的元素，如铝、稀土、钛、锆、钒、铌、钨、硅等元素几乎无法测定。另一类是氧化二氮乙炔火焰（J.B.Willis，Nature，1965，207，715），这类火焰在高温下离解放出氧气，含氧量达33%，且在离解中释放热量，因此温度较高，达3200K，对于离解能为5-6ev及大于6ev的，熔点、沸点高的元素几乎都能测定，但是，氧化二氮是一种有毒气体，成本高（每瓶约500元），耗气量大，不易购得，操作时不能根据不同元素来选择最佳的测试温度，使用上受到极大的限制。

除了上述两类已为分析中应用的火焰之外，有人曾经试验过纯氧乙炔火焰和氮氧乙炔火焰（M.D.Amos，P.E.Thomas，Anal.Chim.Acta，1965，32，139;M.D.Amos，J.B.Willis，Spectrochim.Acta，1966，22，1325）。虽然这两种火焰的温度也可高达3200K，但其燃烧速度较快，特别是当混合气中含氧量大于60%时极易产生回火而引起爆炸，这种事故曾发生过。柯克布赖特（Kirkbright）曾研究用氧屏蔽的空气乙炔火焰来防止产生回火，但这种火焰的温度只能达到2900K，而且火焰波动，噪声大，性能远不如氧化二氮乙炔火焰。为此，在现有的商品化的火焰原子化装置上常常明显标出“不准使用氧气”的字样。

本发明的目的是提供一种安全高温的富氧空气乙炔火焰原子吸收光谱法及其专用的火焰原子化装置。

提高火焰原子吸收光谱法的灵敏度和减少化学干扰的关键是提高火焰的温度，而提高火焰温度的关键又主要是取决于提高乙炔气及助燃气中氧气的含量，并能随意控制调节各种气体组分的流量。

本发明采用在空气中加入纯氧气，使其成为富氧空气，再与乙炔气混合成为富氧空气乙炔火焰，并通过流量计控制空气、氧气及乙炔气的流量，对不同被测元素选择最佳的火焰状态，同时为这种富氧空气乙炔火焰设计出专用安全的火焰原子化装置。

本发明的富氧空气乙炔火焰法的专用火焰原子化装置由气路部分、喷雾器、吸液毛细管、废液出口、撞击球、混合室、燃烧器及防止回火的防爆装置等构成。其中，气路部份增加了氧气气路;混合室的材质可以是钢材、内涂搪瓷、氟塑料或其它工程塑料;燃烧头可用0.5×100mm的单缝不锈钢或钛制的燃烧器，还可以附带水冷装置;防爆装置由塑料薄膜、弹簧、橡胶卡圈等主要部件构成，保证在由于操作错误引起回火时能给压缩气流提供畅通的通道。

使用本发明专用的火焰原子化装置，富氧空气乙炔火焰法可以通过以下四种方法来控制实施：

1.在双气路系统的火焰原子化装置中增加一个氧气气路，此气路与压空气气路通过三通管进行混合后，由喷雾器气路进入混合室并用流量计分别控制其流量。

2.在三气路系统的火焰原子化装置中氧气气路从原辅助空气气路引入，并用流量计分别控制其流量。

3.在三气路系统的火焰原子化装置中增加一个氧气气路，此气路与辅助空气气路通过三通管后进行混合，由辅助空气气路进入混合室，并用流量计分别控制其流速。

4.一个四气路系统的火焰原子化装置，即在原先的喷雾器空气气路，辅助空气气路及乙炔气气路的基础上增加一个氧气气路

本发明富氧空气乙炔火焰燃烧的温度可高达3200K，还可以通过方便地控制氧气，空气及乙炔气的流量对不同被分析元素选择最佳的火焰状态，因此可广泛适用于分析氧化物离解能小于5ev，5ev-6ev及大于6ev并且熔点和沸点较高的大多数元素。与氧化二氮乙炔火焰法相比，富氧空气乙炔火焰法的灵敏度高2-10倍（见表1），可以免去对被测试样品的分离富集步骤，操作简捷，成本低廉，安全无毒。富氧空气乙炔火焰法的专用火焰原子化装置构造简单、材质不苛求、操作方便灵活、安全可靠，极易从空气乙炔火焰转化成富氧空气乙炔火焰，并且火焰稳定。表1列出了空气乙炔火焰、氧化二氮乙炔火焰与富氧空气乙炔火焰分析某些元素的灵敏度的对比数据。

表1

火焰状态    空气乙炔    氧化二氮    富氧空气

元素    火焰    乙炔火焰    乙炔火焰

Ca    特征浓度    0.07    0.05    0.008

Mg    (μg/ml)    0.007    -    0.003

Yb    7.6    0.08    0.025

Eu    3    0.3    0.08

Al    -    0.7    0.3

Sr    0.15    0.1    0.015

Ba    10    0.4    0.1

Mo    0.8    0.4    0.15

W    -    5    3.2

Ga    1.3    1.0    0.4

Sm    -    8.5    2.3

La    -    35    20

图面说明

附图1.有氧气气路与空气气路构成混合气路的双气路系统的富氧空气乙炔火焰法专用火焰原子化装置图。

附图2.氧气气路从原辅助空气气路中引入的三气路系统的富氧空气乙炔火焰法专用火焰原子化装置图。

附图3.有氧气气路与空气气路构成混合气路的三气路系统的富氧空气乙炔火焰法专用火焰原子化装置图。

附图4.四气路系统的富氧空气乙炔火焰法专用火焰原子化装置图。

实施例1

在图1所示的双气路系统火焰原子化装置中，氧气由氧气气路（9）引入，空气由空气气路（10）引入，两者经过三通管进行混合，再通过装有吸液毛细管（7）的喷雾器（5）进入混合室（2），乙炔气由乙炔气气路（8）引入混合室（2），最后在燃烧器（1）上点燃，混合室（2）内装有撞击球（4）和防爆装置（3），废液从废液出口（6）排出。在保证雾化效率的基础上，从喷雾器（5）进入混合室（2）的混合气的流量应达7L/min至10L/min，以保证具有足够大的未燃烧气体流速，防止发生回火。在此混合的喷雾中，随着混合气中氧气流量的增加，空气流量相对应地减小，根据其流量之比可计算此混合气中的含氧量;乙炔气的流量最大应达10L/min至12L/min。使用时对绝大多数元素均应在微富燃或富燃条件（即还原性气氛）下进行。可先用空气乙炔条件点燃火焰，以后逐渐增加乙炔流量，并相应增加氧气流量。在此微富燃或富燃条件下，火焰温度随乙炔气流量的增大而增高。实验结束时，应先关闭氧气气路，再逐渐关闭乙炔气路，必须保持火焰永远处于富燃状态。

实施例2

在图2所示的三气路系统火焰原子化装置中，氧气由氧气气路（9）直接进入混合室（2），空气由空气气路（10）进入喷雾器（5）后再进入混合室（2）其它部分同实施例1。喷雾器（5）中喷雾空气流量（I）调节在5-10L/min，以保证具有较高的雾化效率。氧气流量（F）范围在0＜F≤6L/min，并且精密可调。此装置中氧气的引入不影响喷雾空气的流量。乙炔气的流量（H）最大应达10L/min至12L/min。使用操作方法同实施例1。

实施例3

在图3所示的三气路系统火焰原子化装置中，氧气由氧气气路（9）引入，辅助空气由辅助空气气路（11）引入，两者经三通管混合后直接进入混合室（2），其它部分同实施例2。辅助空气流量（G）范围在0≤G≤10L/min，辅助空气的增加以提高火焰高度，降低混合气中氧气含量。其它气体流量范围同实施例2。使用操作方法同实施例1。

实施例4

在图4所示的四气路系统火焰原子化装置中，氧气由氧气气路（9）直接进入混合室（2），辅助空气由辅助空气气路（11）直接引入混合室（2），其它部分同实施例2，各种气体流量范围同实施例3。使用操作方法同实施例1。

实施例5

镱的测定，使用图1所示的双气路系统火焰原子化装置，空气流量5.13L/min，氧气流量2.20L/min，乙炔气流量5.83L/min，火焰高度6mm，混合气含氧量45%，O₂/C₂H₂＝0.56，微富燃，Yb398.8nm，特征浓度为0.025μg/ml（含0.1%KCl及1%磺基水杨酸）。

实施例6

铕的测定，使用图1所示的双气路系统火焰原子化装置。空气流量5.33L/min，氧气流量2.00L/min，乙炔流量5.50L/min，火焰高度6mm，混合气含氧量42%，O₂/C₂H₂＝0.57，微富燃，Eu459.4nm，特征浓度为0.08μg/ml（含0.1%KCl及1%磺基水杨酸）。

实施例7

铝的测定，使用图1所示的双气路系统火焰原子化装置。空气流量4.70L/min，氧气流量2.60L/min，乙炔气流量7.00L/min，火焰高度8mm，混合气含氧量49%，O₂/C₂H₂＝0.54，富燃，Al>

实施例8

钼的测定，使用图3所示的三气路系统火焰原子化装置。空气流量6L/min，乙炔气流量5.5L/min，辅助空气流量2.5L/min，，氧气流量1.8L/min，混合助燃气含氧量35%，氧炔比0.65，富燃，Mo313.3nm    10mA，特征浓度0.15μg/ml。

实施例9

钨的测定，使用图3所示的三气路系统火焰原子化装置。空气流量6L/min，乙炔气流量6L/min，辅助空气流量2.5L/min，氧气流量1.8L/min，混合助燃气含氧量35%，氧炔比0.60，富燃，W255.1nm12mA，特征浓度3.2μg/ml

实施例10

钐的测定，使用图3所示的三气路系统火焰原子化装置。空气流量6L/min，乙炔气流量8.5L/min，辅助空气流量5L/min，氧气流量3.7L/min，混合助燃气含氧量41%，氧炔比0，70，微富燃，Sm    429.6nm9mA，特征浓度2.3μg/ml