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葵花宝典三大法

夕阳

2018/10/18

私聊

原子吸收光谱（AAS）

分析仪器在使用中出现故障就如同人生病一样，是很正常的事情。人生病就要找医生，仪器“生病”同样也要找“医生”；但是一旦医生不能及时赶来，只要仪器不是什么重症和急症，且也不是什么大病，用户自己有可能医治好“病症”。但是遗憾的是，大部分仪器操作者均不是专业的维修人员，并且也没有学习过专业的光路和电路知识，如此，他们能胜任吗？根据我的经验，只要小心从事、不蛮干，是完全可以胜任的。为此，我将指导用户自行诊断的三个方法介绍给版友作为参考。
（一）观察法
综述：所谓的观察法也就是比对法；这种方法不用采取什么额外的措施，仅是通过观察仪器当前的工作状态、测试数据或记录图谱与正常时的状态实施比对即可发现仪器的问题。这种方法对于具有一定仪器使用经验的操作者而言，就是一种最为直观、简便和保险的判断方法。
例子1：火焰分析时重现性不良。这时首先要观察进样毛细管有无气泡产生；因为喷嘴局部堵塞时，会造成毛细管进样时产生断断续续的气泡，从而影响到了分析的重现性。这个常见故障用肉眼就可以很容易地观察到；并且处理起来也很容易，只要是用仪器附带的通丝清通喷嘴中的铂金或玻璃材质的毛细管即可。
见下图-1：

图-1 进样毛细管局部堵塞产生了气泡
例子2：石墨炉分析时发现灵敏度低了。当我们发现所测的数据偏低时，首先就应该检查待测元素的的标准样品值是否准确。如下图-2所示：

图-2 检查标准样品的吸光值是否符合要求
从上图可以看出，该仪器在石墨炉分析时，按照规定其20ppb的铜标准的吸光值应该大于0.1Abs；可是现在才只有0.05Abs之多，说明仪器本身有问题而不是样品本身的问题。如果怀疑是准样品配制浓度低了的缘故，那未知样品应该所测得的吸光值应该高才对。
例子3：石墨炉分析时重现性差。当遇到此故障时，首先应该观察样品的整个升温过程的图谱，看看各个升温环节是否正常，这是基本常识。图-3就是正常升温时的图谱，而图-4就是样品在灰化阶段产生了“爆沸”的图谱。

图-3 石墨炉正常升温时各个阶段的图谱

图-4 样品爆沸的图谱
从图-4不难看出，由于样品的原因，原有的干燥程序已经不适合将样品彻底干燥了，所以样品从干燥开始就有一个很大的蓝色背景值始终上漂，致使到了灰化阶段发生了样品“爆沸”现象，一部分没有解离的样品随之被载气吹走；这就是造成测试结果重现性不良的原因。这是一个利用测试图谱直观地发现问题的绝好案例。
总结：从上面的检查案例可以看出，不用其他手段仅仅是通过仪器外观、测试数据和记录图谱也能初步判断出一些简单的故障。这种方法是最为简单易行的方法了，一般的仪器操作人员均可掌握；即便是仪器操作新手，只要平时多上心，养成观察的好习惯，做好仪器的记录档案，也可以通过这个方法达到积累经验和锻炼的目的。
（二）排除法
综述：所谓的排除法形象地讲就是一种“抽丝剥茧”的过程，通过由外到内，从简到繁，逐步排除疑点，最终找到故障的方法。这也是专业维修人员平时经常使用的检查手段。由于这种检查基本不需要什么专用仪表和工具，所以一般的操作人员也可以掌握。
例子1：火焰分析时灵敏度低下。这个故障是原吸平常分析时经常遇到的问题，一些操作者遇到此问题时就感到束手无策，不知从何入手来排查，经常是东一榔头西一棒子地盲目鼓捣。其实仔细分析，影响火焰分析灵敏度的原因不外乎：样品提升量（亦称进样量）、阴极灯光轴与燃烧缝的对位关系、雾化效率高低、燃烧头高度等因素。
当遇到上述故障时，首先应该检查样品的提升量，这个量一般在仪器使用手册里均给出了参考值；一般而言这个提升量在4~10毫升之间。如果不符，最大的原因是喷嘴内部堵塞或者辅助气（空气）的流量不够，这就需要清通喷嘴和检查空气流量了（这个检查一般需要专业人员用转子流量计来实施了）。
图-5是检查样品提升量的照片：

图-5 样品提升量的检查
如果样品提升量符合规定了，则要检查火焰燃烧头的燃烧缝是否与阴极灯的光轴形成了互为垂直的关系？因为如果二者偏离势必会减少基态原子的吸收，自然吸光值也会减少了。关于光轴与燃烧缝的简易检查方法如图-6所示：

图-6 阴极灯光轴与燃烧缝的对位检查
如果图-6的检查也无误，那么下一步就要检查样品的雾化效率了；这是此类故障最为关键的一步。该项检查有二种方法：一种是经典的教科书介绍的方法，也就是计算样品在一分钟内吸入的样品量与排除的样品量的比值；该值一般是3:7，
低于这个比值就认为是雾化效率不佳。图-7是这种方法的检查过程：

图-7 样品雾化效率的检查
如果该项检查不符，其原因有：喷嘴与撞击球球面的切点不对位，使大量样品偏离了撞击球，造成“气溶胶”的数量减少，自然灵敏度就降低啦！此外，燃烧器的雾化室和燃烧头内壁不清洁造成“挂液”也是一个比较隐蔽的原因。见图-8所示：

图-8 雾化室内部结垢造成样品气溶胶挂壁
此外还有一种雾化效率的检查方法，这就是利用静态不点火状态下吸入去离子水的“冷吸收”的图谱与正常的历史记录图谱进行比较的方法，关于这种方法我已经在本版论坛里有过专述，故在此就不赘述了。其示意图见图-9所示：

图-9用冷吸收法判断雾化效率
如果雾化效率没问题的话，只有燃烧头的高度问题了。因为不同的元素的基态原
子在火焰中各级能层的分布密度是不同的，如果通过火焰的阴极灯的光轴观察不到更多的基态原子，自然吸光值就会下降的了。关于燃烧头的高度调整方法简单地讲，就是一边吸入溶液，一边调整燃烧头高度，直至样品信号最大而背景信号最小为止。这个过程见图-10，图-11所示：

图-10 燃烧头的调整方法

图-11 燃烧头高度调整效果图例
例子2：石墨炉分析时重现性差。这个故障是分析者经常遇到的现象；遇到这种故障首先要判断出是进样量的误差还是石墨炉本身的原因。因为目前的商品仪器在石墨炉上均设置了自动进样器，这样设计的目的就是为了提高进样量的准确性。我们知道石墨炉最大的特点就是可以做到“痕量”分析，少许样品（20微升）就可以取得比火焰分析还高的吸光值。任何一件事均是两分辩证法，自动进样器的这个优点有时也会造成缺点；那就是一点点的进样误差也可以造成很大的测试误差，所以有的使用者遇到这种故障时往往不知从何判断。
正确的做法是马上找到一只手动进样器，重复进样测试几次，看看重现性如何？如果重现性转好，则是自动进样器本身的原因；反之就是石墨炉本身的原因了。
不过使用手动进样有一个前提，那就是进样手法必须熟练无误，这对于一些操作者而言，可能是一个难点。但是不入虎穴焉得虎子，做任何事总是开头难，但不能知难而退吧！正确使用手动进样器的示范动作如图-12所示：

图-12 手动进样
如果采用手动进样重复性转好，那就判断为自动进样器的原因了。自动进样器造成的原因一般是：①进样针尖不洁净，造成进样后挂液；需要用乙醇棉签擦拭针头。②进样泵里有气泡，需要排气。③进样针与石墨管进样孔没有形成同心圆，进样时造成剐蹭，损失了样品量。解决办法重新调整进样针位置。
如果手动进样后重现性仍旧没有改善，那么故障原因就在石墨炉本身了。其中的一般原因有：①升温程序不合理。造成爆沸现象或灰化损失现象或者灰化不彻底现象。重新设置升温程序。②石墨管本身不良。可用替换法试验。③石英窗结露（冷却水温度过低之故），用酒精棉清擦或降低水冷温度。④石墨管与石墨炉锥接触不良，造成升温打火。可以取下石墨管用肉眼观察。⑤氩气纯度和流量不稳。氩气不纯可以造成石墨管表面和内部的管壁形成蜂窝状，故可以作为推测氩气不纯的一种旁证。氩气流量不稳只能找专业人员来检查了。

图-13 不良的石墨管

图-14 结露的石英窗，清擦石英窗

图-15 打火的石墨管和石墨锥

图-16 氩气不纯造成恶果的石墨管
总结：从上面例举的两个例子可以看出，排除法较观察法的难度稍有增加，但是只要按部就班，循序渐进，并且充分认识到每一步的检查目的和意义，对于一般的操作人员而言还是可以胜任的，即便自己动手有困难，也可以将检查过程向专业人员如实汇报，这样也可以让专业人员缩小检查范围，即省时又省力，
同时自己也得到了一些经验和收获，“与人玫瑰手有余香”何乐而不为之呢？
（三）替换法
综述：前面两种判断方法的最大特点就是基本不用什么特殊的元器件来判断。但是在某些场合下就不一定胜任了。
例子1：在仪器的使用中经常会发现在静态下基线不稳，有的是噪声大，有的是下漂或者是上漂。这究竟是主机的问题呢？还是光源（阴极灯）的问题呢？遇到这种问题即便是专业的维修人员也很挠头。那么就简便的办法就是找一只相同元素的良好的（不一定是新的）阴极灯换上便可见分晓了。见图-17所示：

图-17 更换阴极灯前后静态基线的比较
从上图可以看出，更换了阴极灯后基线平直了，所以故障原因就是阴极灯老化引起的。在原子吸收中造成基线在静态下产生噪声或者上下漂移多为阴极灯的本身的缘故。
例子2：石墨炉分析时重现性不良。这个故障已经在前面详细分析过了，在这里再次重提的原因是：遇到这种故障可以首先采取替换法，也就是用一只良好的石墨管来替换现有的石墨管，这样可以迅速地判断出是否为石墨管不良的原因。此外石墨管也是每位操作者手头都有的常用备品，更换起来很容易。
例子3：火焰分析时灵敏度下降。关于该故障在前面的雾化效率一节中已经谈到过了，但是关于喷嘴本身的原因没有深谈。现实中因为喷嘴的原因引起灵敏度下降的例子不胜枚举。当喷嘴有局部缺陷时，例如：内衬管与外套的同心度不良；内衬管出口破损等；这些原因并不影响样品的提升量，只是影响到雾化效率，这种因内衬管破损的喷嘴射液状况见图-18所示：

图-18 内衬管破损的喷嘴的出液状况
由于使用时间过久，喷嘴中的铂金内衬管最容易偏离出气孔的同心圆或者内衬管的出口因用通丝清通的误操作造成破损，这样喷射出的液体样品就不能与撞击球形成准确的正切关系，故一部分样品就会没有形成气溶胶，则就会影响到灵敏度。该喷嘴的示意图见图-19所示：

图-19 喷嘴与撞击球的相对正切位置
这时如果操作者手中有一只新的喷嘴的话，直接替换上便可快速地排除是否因喷嘴引起的原因啦。
总结：替换法是一种简单易行，行之有效的判断手段。但是唯一的短板就是手中必须有备件可换。此外，在原子吸收光度计中，使用者能采用的替换部件也不多，最常用的也就是阴极灯、石墨管和喷嘴了。至于其他的电子元器件能替换的部件就太多啦！可惜这些都不是一般仪器操作人员所能胜任的啦！
备注：本文中有许多观点和照片均是以前贴子里使用过的，今天之所以拿出来并不是“老调重弹”，而只是为了起到“抛砖引玉”的初衷，仅此而已。

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