关于原子吸收分光光度计火焰特性的研究.pdf

第27卷增刊
矿产当地
Vol 27, Sup
2013年10月
MINERAL RESOURCES AND GEOLOGY
Oct,2013
关于原子吸收分光光度计火焰特性的研究
常冀湘,马丽君
(中条山有色金属集团有限公司计量检验部,山西垣曲043700)
摘要:阐述了原子吸收分光光度计火焰的一些特性,并对这些特性做了详细的介绍。从火焰的燃烧特
性、温度、组成、透射性以及常见的火烽类型进行讨论,意在说明火焰对分析检测元素含量过程中的重要
关键词:原子吸收分光光度计;火焰;特性
中图分类号:P575文献标识码:B文章编号:1001-5663(2013)増利一0095一0
0前言
传导作用,燃烧反应的热量将传播到邻近气层,若初
始反应产生的热量除补偿由于热传导和辐射造成的
原子吸收分光光度计分析元素含量的方法,是由损失外,还能将临近气层温度提高到它的着火温度,
澳大利亚沃尔什A. walsh博士1955年创立的。半则燃烧反应能持续下去,并以恒定的速度传播到整个
个世纪以来,获得了迅速的发展,如今,它被广泛用于可燃混合气,形成火焰。此传播速度就是该火焰的燃
治金、地质、环境、化工、医药、食品、卫生、农业、石油、烧速度。火焰的三要素取決于可燃混合气体的性质
生化等各个领域。火焰是原子吸收分光光度计的
和组成、初始压力和温度、燃烧器的结构和器壁的性
个重要组成部分,在测定元素含量过程中起着关键的质等众多因素。
作用,它决定着能否将待测元素的原子通过高温使其
在实际使用中,火焰的燃烧速度是三要素中最重
变成原子化蒸气,原子化蒸气吸收光源辐射出的特征要的因素,它直接影响着火焰的安全使用和稳定燃
波长的光,由辐射光减弱的程度,可以测出样品中烧。火焰的燃烧速度与气体成分、最初温度、湿度和
待测元素的含量,待测元素原子转変成原子化蒸气的气流速度有关。要使火焰稳定而安全地燃烧,应使燃
转化率,决定了测定结果的准确性。
烧速度等于或小于气流速度在火焰前沿上垂直分量。
气流速度取决于供气压力、燃烧器的结构和形状,对
1原子吸收分光光度计的火焰
于常用缝式燃烧器,在给足的供气压力下,气流速度
则取决于燃烧器的开口面积,缝宽而长,则气流速度
1.1火焰的燃烧特性
小,反之则大。
着火极限、着火温度和燃烧速度是火焰的燃烧特
火焰温度
性,常统称为火焰的三要素。对于一个特定的燃气和
火焰温度是火焰的主要特征之一,它对火焰中化
助燃气,只有燃气的百分含量处于某一范围内,才具合物的形成和离解以及待测元素都起着重要作用。
备燃烧的基本条件。燃气含量的上下限称为着火极在火焰中,一方面可燃混合气燃烧时产生大量的热
限。在着火极限内,燃烧能够自发地扩展到整个混合能:另一方面,由于火焰中化合物的离解,以及为了将
气体的最低温度,称为着火温度。可燃混合气体的温火焰中存在的平衡混合物提高到火焰温度,需要消耗
度一旦达到着火温度,混合气体就开始燃烧,由于热热能,还有火焰气体燃烧时产生的气体膨胀,也要消
①收稿日期:2013-05-01作者简介:常湘(1964一)、男,河北人,本科,高级工程师,主要从事工业化学分析工作。
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耗部分能量,这两方面的热平衡决定了火焰温度。当焰温度最高,但火焰本身不具有氧化还原特性。富燃
火焰处于热平衡状态时,温度就可以用来表征火焰的焰是指燃气大于化学计量焰的燃助比的火焰,这种火
真实能量。由于上述原因,在常压下,化学火焰的最焰温度略低于化学计量焰,但它由于燃气増加使得火
高温度仅为3000℃左右。
焰中碳原子的浓度增高,使火焰中具有一定的还原
当吸喷试液进人火焰时,火焰要消耗大量的热量性,有利于基态原子的产生;贫燃焰是指然气小于化
来蒸发、分解试液,以及将分解声物提高到和火焰一学计量焰燃助比的火焰,这种火焰温度较低,并具有
样的温度,从而导致火焰温度的下降。如果溶剂是明显的氧化性,此种火焰多用于碱性金属等易电离元
水,对于低温火焰,由于火焰分解水量消耗的能量少,素的測定。
这种降温效应不明显,但对于高温火焰来说,由于分
在原子吸收光谱分析中,使用较多的是富然焰
解水量消耗的能量多,这种降温效应则十分显著。如
研究表明,在空气一乙炔火焰中,当乙炔含量增加
果采用乙醇等有机溶剂作溶剂,因为它们在火焰中也时,火焰中O、H等气态分压降低,碳原子浓度增加
能燃烧,并释放出大量的热能,将它们引入低温火焰,整个火焰还原性增强,当碳和氧的原子比C/O=1
将有助于提高火焰温度,但对于高温火焰,它们则不时,火焰组成和性质发生突変,H2O、CO2、O2等气体
能明显地提高火焰温度,仍以降温效应为主,所以为分子从火焰中完全消失,O、H等浓度降低5个数量
了保证火焰原子化的效果,在实际工作中应根据实际级,碳原子增高4个数量级,火焰发亮,若再进一步増
情况选择合适的样品渀剂和进液量。
加乙炔量,固体碳粒浓度増增加,火焰更亮,但还原性保
原子吸收分光光度法所用的火焰,一般都是在空持不变而火焰温度下降
气中直接燃烧的。从外界扩散至火焰中的气体发生
使用有机溶剂喷入火焰,可以改变火焰的组成和
解离也会影响到火焰温度。
特性,同时应考虑有机溶剂对燃气的影响。有机溶剂
所有反应都是强烈的吸热反应,解离时要消耗燃在测定中条山集团公司产品中很少使用,这里暂不讨
烧反应产生的热量,降低火焰温度。对于原子吸收分论。
析法而言,只有基态原子转变成原子蒸气才是有效1,4火焰的透射性能
的。这就要求火焰必须具有足够的温度,以保证试样
火焰的类型不同,其对于不同波长的吸收能力不
充分蒸发和待测元素化合物最大限度的解离为自由同,火焰本身的发射特性也不同,烃火焰在短波区具
原子。从这个意义上来说火焰温度应该越高越好,但有较大的吸收,而氢火焰吸收较小,所以,对那些共振
是火焰温度提高后,火焰发射强度増大,多普物效应线位于短波区的元素,如As、Se、Pb、Zn、Cd等,最好
増强,吸收线变宽、气体膨胀因素增大,从而使之自由采用空气一氧火焰,以小火焰吸收的影响。空气
原子浓度减少,导致测定的灵敏度降低~
乙炔火焰在整个可见光区都有不同的发射信号,这些
此外,对于那些电离电位较低的元素,如Na、K、发射信号多来自火焰中激发分子的辐射谱带,这些发
Rb和Cs,火焰温度高导致它们在火焰中产生严重电射信号使得火焰的噪声增加,测量准确性下降
离,基态原子浓度降低,因此,在实际工作中,应根据1.5几种常见的化学火焰
试样性质和被测定元素的物理特性来选择合适的温
用于原子吸收光谱的气体混合物有:空气一氢
度
气、氩气一氧气、空气一两烷、空气一乙快和氧化亚
1.3火焰的组成
氮一乙快等,采用氢气作燃气的火焰温度不太高(约
火焰的组成决定了火焰的氧化还原特性,并直接2000℃),但这种氢火焰具有相当低的发射背景和吸
影响到待测元素化合物的分解及难解离化合物的形收背景,适用于共振线位于紫外区的元素(如As、Se)
成,进而影响到原子化效率和自由原子火焰区中的有分析。空气一丙烷火焰温度更低(约1900℃),于扰
效寿命。影响火焰组成的因素较多,例如火焰的类效应大,仅适用于那些易于挥发和解离的元素,如碱
型,同类火焰的燃助比,火焰的燃烧环境等。对于同金属和Cd、Cu、Pb等。实际应用最多的火焰是空
一类型火焰,根据燃