【分享】浅谈原子吸收光谱法校准曲线

rofepeng

2007/03/17

私聊

原子吸收光谱（AAS）

浅谈原子吸收光谱法校准曲线
校准曲线法是原子吸收光谱法最常用的定量方法。此法最根据被测元素的灵敏度及其在样品中的含量来配制校准溶液系列，测出标准系列的吸光度，绘制出吸光度与浓度关系的校准曲线。测得样品溶液的吸光度后，在校准曲线上可计算样品溶液中被测元素的浓度。
1.理论基础
设某元素浓度分别为xi（i=1,2,…,n）的标准溶液测得的吸光度为yi,n组xi和yi构成校正集，另测得一些未知样品的吸光度，那么用校准曲线法构造化学量模型（校正），进而求得未知样品浓度（预测）的任务可由最小二乘法完成。
通常吸光度和元素的浓度可用线性方程来拟合：
（i=1,2,…,n）
其中为任意给定xi值下吸光度的估计值。
根据最小二乘法原理，当预测值或期望值和实验测量值yi之偏差平方和（简称称差方和）达到最小时，a和b的估计值最佳，设平方和为：

为求a和b的最佳值,可分别求差方和Q的偏导数,并令其等于0。

进一步整理正规方程组：
，
解上面关于a和b的二元一次正规方程组，得a和b的如下表达式：
，
其中Lxx，Lyy，Lxy是为了记忆方便，分别定义为
，，
式中，分别是n个测量数据xI，yi的平均值，a和b一经求出，就由下式计算未知样品的浓度。

相关系数，r的值越接近1，表明xi和yI的相关性越好。
2.影响校准曲线斜率的因素
校准曲线的斜率即为原子吸收光谱法的灵敏度，是原子吸收光谱分析的重要指标。
对于火焰原子吸收，影响灵敏度的主要有以下几个因素：
（1）分析波长许多元素都有几条分析线，最灵敏线可得到最高灵敏度，次灵敏线可用来分析浓度较高的样品。例如测定钴时，为了得到最高灵敏度，应使用240.7nm谱线，但要得到较高精度，而且钴的含量较高时，最好使用较强的352.7nm谱线。
（2）光谱通带。它是指单色仪出口狭缝包含波长的范围。在能将邻近分析线的其他谱线分开的情况下，应尽可能采用较宽的通带，可提高信噪比，对测定有利。对于有复杂谱线的元素来说，如铁、钴、镍等，要求选择较窄的通带，否则可导致灵敏度下降。
（3）灯电流。在保证仪器的稳定前提条件下，采用较低的电流，可提高测定灵敏度。
（4）火焰的燃料原子吸收光谱分析中常用的火焰有：空气-乙炔和一氧化二氮－乙炔等火焰。一氧化二氮－乙炔可显著提高一些在火焰中易形成氧化物元素（例如Al）的灵敏度。
（5）火焰的类型火焰的类型可分为：化学计量火焰、贫焰火焰和富燃火焰。选择富燃火焰可提高Ca、Al、Cr、Mo、Be、Si、Ti等元素的灵敏度。
（6）燃烧器高度。不同元素在燃烧器上原子化的高度有所不同，选择最佳的高度可获得最佳灵敏度。
（7）提升量和雾化效率当进样毛细管弯曲时，可导致提升量降低，灵敏度下降；雾化器喷口玷污时，也可导致雾化效率降低，灵敏度下降。
对于石墨炉原子吸收，影响灵敏度的主要有以下几个因素：
（1）分析波长。
（2）光谱通带。
（3）灯电流。
（4）进样量石墨炉原子吸收的进样量一般为10~40mL，不同的进样量可获得不同的灵敏度。
（5）石墨管的类型和状态对于许多元素，使用石墨炉平台可显著提高灵敏度；当石墨管已接近报废明显老化，灵敏度较快的下降。另外，对于热解涂层石墨管，不同厂家、同一厂家不同批次的石墨管灵敏度都有较大区别。
（6）石墨炉工作条件干燥温度和时间、灰化温度和时间、原子化温度和时间以及内气流都可影响灵敏度。原子化步骤升温速度太慢，原子化缓慢，灵敏度降低。原子化阶段停气，可延长原子蒸气在石墨管内的停留时间，从而提高灵敏度。
（7）基体改进技术选择合适的基体改进技术，可以防止一些易挥发元素在灰化阶段的损失，从而提高灵敏度。
3.影响校准曲线相关系数的因素
影响校准曲线相关系数因素主要包括校准系列配制是否正确、分析方法本身的精密度和仪器的精密度。一般来所，火焰原子吸收容易获得满意的相关系数，而石墨炉原子吸收由于影响因素非常复杂，往往不容易获得理想的相关系数。下面将主要针对石墨炉原子吸收进行阐述。
3.1 校准曲线的配制标准系列是否都在同一条件下处理，每个标准有无意外损失及玷污，这些因素都可显著影响校准曲线的相关系数。
3.2测定波长有些元素的最灵敏分析波长，虽然灵敏度高，但往往测量精确度不太理想,进而导致相关系数不理想。例如，测定Pb，如用217.0nm的最灵敏线，由于短波区域的背景吸收和噪声，会使测定的精密度变差。
3.3光源的状态
（1）空心阴极灯设定的灯电流太低，则光能量较低，光电倍增管处于较高的负高压水平，噪声较大，信号的精度不佳。
（2）供电电源电压不稳定，或空心阴极灯质量不良（或已老化），灯能不稳定或发生闪烁现象，使测定的精度不理想。
（3）石墨炉两端的石英窗不干净挡光，光源能量降低，测量信号的噪声增大，精度也较差。
3.4石墨管的状态
（1）新石墨管使用初期，由于石墨中含有在净化石墨材料时残留的氯和氟离子缓慢释放出来，对某些元素的测定产生干扰，往往精度不理想。
（2）石墨管已接近报废明显老化，灵敏度较快的下降，精密度也不好。
3.5进样状况
（1）手工进样，使样品溶液注于管壁的位置的重现性难以保证，影响测定的精度。
（2）自动进样器的状态进样毛细管插入石墨管的深度不合适，毛细管尖离管壁太近时，样品溶液被无规则地吹散，使测定的精度变差。
（3）进样时石墨管的温度太高（冷却水流量不足或者冷却的时间不够充分），当样品溶液接触石墨管壁时即产生汽化而使样品溶液无规则的散开，由于样品溶液不集中，测定精度不好。
（4）采用炉内加改进剂的方法，常因各次测定的进样是先注入样品液然后再加入改进剂，样品溶液和改进剂溶液的互相混合程度有差异，测定数据的精度不如炉外预先混合后进样的效果好。
3.6石墨炉的工作条件
（1）干燥温度过高或升温速度过快，将引起爆沸，样品发生喷溅，测量的精度极差。
（2）原子化温度不合理。原子化温度过高时，原子化速率太快，原子蒸气逸散加快，精确度变差。
（3）原子化步骤升温速度太慢，原子化缓慢，导致重现性不好。对于大多数元素，以0.5～1秒时间从灰化温度达到原子化目标温度是合适的。
（4）内气流的影响，原子化阶段停气，可延长原子蒸气在石墨管内的停留时间，从而提高灵敏度和测量精度；有时采用在原子化阶段施加适量的内气流降低灵敏度，测定较高浓度样品，但往往测量的精度较差。
4.校准曲线的弯曲及其解决方法
在原子吸收光谱分析中，校准曲线的线形范围较窄，导致校准曲线弯曲主要有以下原因：
(1) 由于浓度高，压力变宽和光散射导致工作曲线下弯。
（2）光谱通带过大，干扰线的进入，引起偏离，使工作曲线下弯。
（3）灯电流过高引起发射线的自吸变宽，使校准曲线的线形范围变窄。
（4）使用峰高法，校准曲线的线形范围变窄，一般线性范围为0~0.3Abs。
（5）使用塞曼效应扣除背景，正常塞曼效应的元素线性范围与普通的AAS相当，而反常塞曼效应的元素，因吸收线π组分分裂变宽，即发射线半宽度/吸收线半宽度变小时使标准曲线线性范围改善，但若果π组分和σ±组分不能完全分离，则会产生曲线返转现象。
当校准曲线出现弯曲时，可采取以下措施：
（1）弯曲程度较小时，可减少进样量，也可使用二次或三次校准曲线。如果用的是峰高法，应改为峰面积法。
（2）弯曲程度较大时，可降低校准曲线最高点浓度，也可采用次灵敏线。
5.使用校准曲线时的一些注意事项
（1）校准曲线包括“标准曲线”和“工作曲线”。应用标准溶液制作校准曲线时，如果分析步骤与样品的分析步骤相比有某些省略时，则制作的校准曲线称为标准曲线。如果模拟被分析物质的成分，并与样品完全相同的分析处理，然后绘制的校准曲线称为工作曲线。因此，如果基体效应对分析方法至关重要时，应使用含有与实际样品类似基体的标准溶液系列进行校准曲线的绘制。如有可能，也可用与试样成分相近的标准参考物质制作校准曲线。
（2）校准曲线的点数在原子光谱分析中，一般至少为3个点（不包括空白），在新版的《全国疾病预防规范》中，新方法的研制要求校准曲线至少5个点（不包括空白）。因此，日常工作中，校准曲线应选择3~5个点（不包括空白）。
（3）校准曲线的各点应尽量等距离分布在曲线上，最低点与最高点相差约一个数量级。
（4）当样品中基体不明或基体浓度很高、变化大，很难配制相类似的标准溶液时，应使用标准加入法。
参

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