原子吸收光谱在地质行业发展趋势及发展前景
一、原子吸收光谱仪在地质样品分析中的应用
1）火焰类型
火焰法可测元素70余种(主要是一些金属元素)
银（Ag），金（Au），锌（Zn），镉（Cd），锂（Li），钠（Na），铷（Rb），铯（Cs），Be，镁（Mg），钾(K)，钙（Ca），锶（Sr），钡（Ba）,钪（Sc）,镧（La）,钇（Y）,钛（Ti）,锆（Zr）,铪（Hf）,钒（V）,铌（Nb）,钽（Ta）,铬（Cr）,钼（Mo）,钨（W）,锰（Mn）,锝（Tc）,铼（Re）,铁（Fe）,钌（Ru）,锇（Os）,钴（Co）,铑（Rh），铱（lr），镍（Ni），钯（Pd），铂（Pt），铜（Cu），汞（Hg），硼（B），铝（Al），镓（Ga），铟（In），铊（Tl），硅（Si），锗（Ge），锡（Sn），铅（Pb），磷（P），砷（As），锑（Sb），铋（Bi），硒（Se），碲（Te），铈（Ce），钍（Th），镨（Pr），钕（Nd），钐（Sm），铕（Eu），钆（Gd），铽（Tb），镝（Dy），钬（Ho），铒（Er），铥（Tm），镱（Yb），镥（Lu），铀（U）
我们常测定的元素为金（Au）、银（Ag）、铜(Cu)、铅(Pb)、锌(Zn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、镉(Cd)。
为了提高测定的灵敏度，获得重现性好和准确高的分析结果，一般应对测定条件进行化。通过实验来选择它的灯电流、狭缝宽度、燃烧器高度、燃气及助燃气流量、积分时间等。下面是部分原子吸收仪器（火焰）的测定条件优化统计：
Z-5000型原子吸收光谱仪(火焰部分)测定条件优化结果表
测定 项目 | 灯电流 （mA） | 乙炔流量 (L/min) | 空气压力 (KPa) | 狭缝宽度 (nm) | 燃烧器高度(mm) | 积分时间 (s) |
Au | 5 | 1.8 | 140 | 1.3 | 5 | 3 |
Ag | 8 | 2.0 | 160 | 1.3 | 5 | 2 |
Z-8000型原子吸收光谱仪(火焰部分)测定条件优化结果表
测定 项目 | 灯电流 （mA） | 燃气流量 (kg/cm2) | 空气流量 (kg/cm2) |
Cu | 5 | 0.3 | 1.6 |
Pb | 5 | 0.2 | 1.4 |
Zn | 10 | 0.3 | 1.4 |
Cd | 5 | 0.2 | 1.4 |
锦州环境监测中心站的张为人等
2）石墨炉类型
石墨炉法可测元素60余种（比火焰法少，也主要是一些金属元素）
铂（Pt），铜（Cu），银（Ag），金（Au），锌（Zn），锂（Li），钠（Na），钾（K）,铷（Rb），铯（Cs），铍（Be），镁（Mg），钙（Ca），锶（Sr），钡（Ba）,钪（Sc）,钇（Y）,镧（La）,钛（Ti）,钒（V）,铬（Cr）,钼（Mo）,锰（Mn）,锝（Tc）,铼（Re）,铁（Fe）,钌（Ru）,锇（Os）,钴（Co）,铑（Rh）,铱（lr），镍（Ni），钯（Pd），镉（Cd），汞（Hg），硼（B），铝（Al），镓（Ga），铟（In），铊（Tl），硅（Si），锗（Ge），锡（Sn），铅（Pb），磷（P），砷（As），锑（Sb），铋（Bi），硒（Se），碲（Te），镨（Pr），钕（Nd），钐（Sm），铕（Eu），钆（Gd），铽（Tb），镝（Dy），钬（Ho），铒（Er），铥（Tm），镱（Yb），镥（Lu），铀（U）
同样，为了提高测定的灵敏度，获得重现性好和准确高的分析结果，也应通过实验获得测定元素升温程序的优化条件。下面是部分原子吸收仪器（石墨炉部分）的测定条件优化统计：
原子吸收光谱仪(石墨炉部分)测定条件优化结果表
仪器 型号 | 项目 | 程序 | 干燥 | 灰化 | 原子化 | 清除 |
日立Z-5000 | Au | 温度/℃ | 100-105 | 105-300 | 2200 | 2400 |
时间/s | 35 | 20 | 3 | 4 |
日立Z-2000 | Au | 温度/℃ | 80-140 | 300-400 | 2400 | 2700 |
时间/s | 40 | 10 | 5 | 4 |
美国SOLAARM-6 | Au | 温度/℃ | 100 | 750 | 1600 | 2200 |
时间/s | 15 | 10 | 1.5 | 2 |
日立Z-8100 | Au | 温度/℃ | 200 | 500 | 2400 | |
时间/s | 20 | 20 | 6 | |
美国PE5100 | Ag | 温度/℃ | 120 | 650 | 1800 | 2650 |
时间/s | 20 | 30 | 4 | 5 |
2、三支队的李勇
3、物化探所张勤等
4、甘肃有色地质测试中心刘菊琴等
5、北京矿冶研究总院李华昌等
关于原子吸收测定条件优化的文献还有很多，在这里就不一一列举了。
五、原子吸收光谱仪的发展趋势
由于原子吸收是单元素单独测量，不能多元素同时测定。所以在测定多元素时所用时间较长，加上单元素空心阴极灯在测定时的预热时间，造成测定效率比较低。随着仪器技术的发展，如果能突破存在的缺陷，其发展前景仍是十分广阔的。我们可以预测，原子吸收将有以下几个方面的发展趋势：
（1）仪器小型化、多功能化。集成电路的发展为小型化奠定了基础，用户对仪器多功能化的需求成为其发展的动力。
（2）仪器自动化、智能化。现代计算机软、硬件技术的发展，数据库技术和数学方法的运用、自动控制技术的发展使之成为可能。人工对仪器的干预将可能越来越少。如化学计量学方法在AAS中的应用将为解决干扰和多元素同时测定等问题提供一条新途径。
（3）仪器联用技术的发展，将能进一步拓宽AAS分析领域，提高分析速度、灵敏度和选择性。FI在线分离富集技术、原子捕集技术、与色谱仪联用等均有较好的发展前景。
（4）脉冲进样技术因其取样量少而特别适于少量样品及高盐分样品分析，可减少基体效应，并扩大线性范围。悬浮液进样法免去了试样分解过程，可减少元素的污染与损失，提高分析速度和效率。但如何将这些技术推广应用需研究实用的进样装置。
（5）激光是原子荧光光谱分析的理想激发光源。理论技术结果表明原子荧光光谱分析以激光作为激发光源时具有探测单个原子的能力，其灵敏度比空心阴极灯或无极放电灯作激发光源的灵敏度高出几个数量级。激光也可作为原子吸收光谱分析光源。研究更简单和低成本的激光光源是今后应努力的方向。
目前，而德国耶拿公司的contrAA原子吸收光谱仪采用了连续光源法，利用一个高能量的氙灯，不用预热并且可液体及直接固体进样分析，采用了氢化物发生器与联用技术。随着科学技术的发展，原子吸收光谱仪的各项功能将越来越完善。
六、原子吸收光谱仪的应用前景
说到原子吸收光谱仪的应用前景，我们不得不说说ICP分析技术。不仅仅是因为ICP技术（特别是ICP-MS出现以来）是比较热门的话题，而且在我所的日常分析测试中，ICP技术和AAS技术经常测定某些相同的元素，如既可以用AAS法也可以用ICP法测定Ag、Cu、Pb、Zn、Co、Ni等。下面我分别从四个方面来介绍一下原子吸收仪器与ICP分析仪器的区别及各自优势。
1、检出限
FAAS的检出限为10-6级，石墨炉GFAAS的检出限为10-9级，ICP-AES大部份元素的检出限为10-6级，ICP-MS的检出限给人极深刻的印象，其溶液的检出限大部份为10-12级（实际的检出限不可能优于你实验室的清洁条件），必须指出：ICP-MS的10-12级检出限是针对溶液中溶解物质很少的单纯溶液而言的，若涉及固体中浓度的检出限，由于ICP-MS的耐盐量较差，ICP-MS检出限的优点会变差多达50倍，一些普通的轻元素（如S、 Ca、 Fe 、K、 Se）在ICP-MS中有严重的干扰，也将恶化其检出限。但不管如何，对ICP-MS来说：高基体浓度会导致许多问题，而这些问题的最好解决方案是稀释，正由于这个原因，ICP-MS应用的主要领域在痕量/超痕量分析。
在常规工作中，ICP-AES可分析10%总固体溶解量TDS的溶液，甚至可以高至30%的盐溶液，在短时期内ICP-MS可分析0.5%的溶液。当原始样品是固体时，与ICP-AES，GFAAS相比，ICP-MS需要更高倍数的稀释，其折算到原始固体样品中的检出限显示不出很大优势的现象也就不令人惊奇了。
2、样品分析能力
FAAS的分析速度为每个样品0.5分钟左右，分析速度是最快的，但只能是一个元素一个元素地测，它的检测范围一般为0.10-20×10-6。
GFAAS的分析速度为每个样品需3-4分钟，它也只能是一个元素一个元素地测，它的检测范围一般为0.03-50×10-9。但石墨炉使用的是惰性气体（相对安全），所以晚上可以自动工作，这样保证对样品的分析能力。
ICP-AES的分析速度取决于是采用全谱直读型还是单道扫描型，每个样品所需的时间为2或6分钟，全谱直读型较快，一般为2分钟测定一个样品，它可以同时测定多个元素，它的检测范围一般为10-6-10-2。
ICP-MS的分析时间为每个样品小于5分钟，在某些分析情况下只需2分钟，它也可以同时测定多个元素，它的检测范围一般为10-12-10-9。
下面根据溶液的浓度举例如下，以供参考：
a．每个样品测定1-3个元素，元素浓度为10-9级，如果被测元素要求能满足的情况下，GFAAS是最合适的。
b．每个样品测定1-3个元素，元素浓度为10-6级，FAAS是最合适的
c. 每个样品5-20个元素，含量为10-6至10-2，ICP-AES是最合适的。
d．每个样品需测4个以上的元素，在10-9及10-12含量，而且样品的量也相当大，ICP-MS是较合适的。
3、仪器使用方面
在日常工作中，从自动化来讲，GFAAS、ICP-AES是最成熟的，可由技术不熟练的人员来应用专家制定的方法进行工作。ICP-MS的操作直到现在仍较为复杂，自1993年以来，尽管在计算机控制和智能化软件方面有很大的进步，但在常规分析前仍需由技术人员进行精密调整，ICP-MS的方法研究也是很复杂及耗时的工作。GFAAS的常规工作虽然是比较容易的，但制定方法仍需要相当熟练的技术。
FAAS由于使用的是乙炔气体，所以使用的时候必需有人看管。而ICP-MS，ICP-AES，和GFAAS，由于现代化的自动化设计以及使用惰性气体的安全性，可以整夜无人看管工作。
4、运行的费用
ICP-MS开机工作的费用要高于ICP-AES，因为ICP-MS的一些部件有一定的使用寿命而且需要更换，这些部件包括了涡轮分子泵、取样锥和截取锥以及检测器。对于ICP-MS和ICP-AES来讲，雾化器与炬管的寿命是相同的。如果实验室选用了ICP-AES来取代ICP-MS，那么实验室最好能配备GFAAS。GFAAS应计算其石墨管的费用。
大概的估计ICP-AES是GFAAS的两倍，而ICP-MS 是ICP-AES的两倍，也就是说ICP-MS是GFAAS费用的4倍。同时考虑到超痕量分析需要一个干净的实验室和超纯的化学试剂，这些的费用不便宜。按费用从少到多排列为FAAS→GFAAS→ICP-AES→ICP-MS。
总的来说，ICP的优点是线性范围宽，可多元素同时测定，优势在于效率，但成本高，一般情况下准确度不如AAS法好(百分含量除外，由于AAS测定百分含量需要稀释)。而AAS的优点在于操作简单，分析方法成熟，石墨炉的检出限低，但一个元素一个元素地等，影响分析速度。下表是AAS、ICP-AES、ICP-MS三种技术的分析性能的简单比较：
AAS与ICP-MS、ICP-AES分析性能的比较表
方法类型 | ICP | AAS |
ICP-MS | ICP-AES | GF-AAS | F-AAS |
检出限级别 | 10-12 | 10-6 | 10-9 | 10-6 |
精密度(短期) | 1~3% | 0.3~2% | 1~5% | 0.1~2% |
可测元素 | >75 | >73 | >50 | >68 |
分析能力 | 高 | 高 | 低 | 中等 |
耐盐耐酸性 | 差(需稀释) | 好 | 稍差 | 好 |
无人控制操作 | 能 | 能 | 能 | 不能 |
运行费用 | 高 | 中上 | 中等 | 低 |
可以说，AAS与ICP技术是相互补充的，没有一种技术能满足所有的分析要求，只有某一种技术稍优于另一种技术的地方。我认为从使用者的角度来看，最主要的是根据自己的分析目的和实验室的规模及人员素质情况选择适合本单位用的仪器，而不是说越高档就越好。当然对于一些科研项目(特别是寻找一些化探异常)，ICP-MS是必需的。
说到这里,大家也许特别想知道ICP技术能否测金的情况,下面是我收集的近年来ICP技术测定金的部分文献：
1、淡建安等，泡塑吸附-电感耦合等离子体发射光谱法测定矿石中金[J]岩矿测试，2009（2）：金的检出限为0.138μg/g，精密度（RSD）6.45%。
2、孟红等，电感耦合等离子发射光谱法测定矿石中金[J]黄金，2009（8）：金的检出限为0.05μg/g，精密度（RSD）1.20-3.19%。
3、施意华等，共沉淀富集分离—ICP-MS法测定地球化学勘探样品中的超痕量金[J]黄金，2009（2）：金的检出限为0.062ng/g，精密度（RSD）4.81%。
4、施意华等，ICP-MS测定电吸附找矿泡塑样品中的微量元素[J]光谱学与光谱分析，2009（6）：金的检出限为1ng/g，精密度（RSD）3.22%。
下面是针对不同实验室建设规模提出的一些仪器配套建议：
一般实验室： AAS（主要指个体实验室）
单位实验室： AAS+ ICP-AES+XRF
科研实验室： AAS+ ICP-AES+ ICP-MS+XRF
赛默飞实验室产品焕新计划有奖调研！
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