原子吸收分析中的氘灯背景校正技术原理

冯素玲 李晶 李全民

(河南师范大学化学与环境科学学院 河南师范大学国家级化学实验教学示范中心 河南新乡 453007)

在原子吸收分析中，背景吸收会导致吸光度增大，给分析结果带来误差。为了扣除背景吸收产生的影响，很多商品仪器都配备了氘灯背景校正器，其校正原理如下：当出入狭缝的宽度相等时，检测器接收到的辐射能的有效谱带宽度W=S·D，式中S为狭缝宽度，单位为mm，D为色散元件的倒线色散率，单位为nm·mm-1。当S=0.1mm，D=2nm·mm-1，W=0.2nm。即检测器接收的氘灯辐射能的有效带宽为0.2nm，而分析元素吸收线的有效带宽一般为0.001nm，可见，分析元素吸收线仅为氘灯辐射能有效带宽的0.5%，分析元素对氘灯辐射能的吸收与进入检测器的总辐射能相比较显得很小，可以忽略不计。因此，用氘灯测得的只是原子化器中背景对氘灯辐射能的吸收[1]。空心阴极灯是锐线光源，测得的吸光度为背景吸光度与元素吸光度的加和。而用空心阴极灯测得的背景吸光度与用氘灯测得的背景吸光度相等，因此，两光源测得的吸光度的差值即为元素的吸光度。本文根据郎伯-比尔定律证明了上述结论。

从图1可以看出:

It(D2)=Io(D2)-Ia,b(D2)-Ia,e(D2)

(1)

式中It(D2)指被检测器接收的光强度，也就是入射光Io(D2)通过原子化器(火焰)后透过光的强度，Io(D2)指有效宽带内的入射光强度，Ia,b(D2)和Ia,e(D2)分别表示有效宽带内背景和分析元素吸收的光强度。由图2可以看出，当背景和分析元素吸收同时存在时，入射光Io(D2)通过原子化器(火焰)后，总的透过光强度It(D2)又可写成:

It(D2)=It,b(D2)-Ia,e(D2)

(2)

图1 氘灯作光源时入射光强度与背景吸收及元素吸收的关系

图2 氘灯作光源时入射光强度与透过光强度的关系

根据吸光度的加和性原理可得出：

Aall(D2)=Ab(D2)+Ae(D2)=

(3)

式中总吸光度Aall(D2)为以氘灯为光源时测得背景吸光度Ab(D2)与分析元素吸光度Ae(D2)之和。由图1可知，根据分析元素吸收线仅为氘灯辐射能有效带宽的0.5%,可知分析元素对氘灯辐射能的吸收光强度Ia,e(D2)很小，对背景吸收后透光强度的影响可以忽略不计，因此，It,b(D2)-Ia,e(D2)≈It,b(D2)≈It(D2)，故式(3)可写成：

(4)

可见，用氘灯测量的吸光度就是背景吸收产生的吸光度Ab(D2)，而由分析元素产生的吸光度Ae(D2)可以忽略不计。

Aall(HCL)=Ae(HCL)+Ab(HCL)

(5)

根据图3，式(5)可写成:

(6)

图3 空心阴极灯作光源时入射光强度与透过光强度的关系

由于氘灯是宽带辐射，而空心阴极灯是窄带辐射，当S=0.1mm，D=2nm·mm-1时，后者是前者有效带宽的0.1%，那么，为什么两者测得的背景吸光度会近似相等？该问题可以通过吸收定律得到证明。

背景吸收为均匀吸收，随波长变化基本保持恒定，这意味着在不同的波长下由背景吸收引起的吸光度(Ab)具有相同值，正如图4(a)所示。图4(b)和图4(c)分别为氘灯和空心阴极灯在仪器的有效光谱带宽度内的辐射强度分布。

图4 背景吸收及氘灯、空心阴极灯在仪器有效光谱带宽度内的辐射强度与波长的关系 (a) 背景吸收与波长的关系;(b) 氘灯在仪器的有效光谱带宽度内的辐射强度分布;(c) 空心阴极灯在仪器的有效光谱带宽度内的辐射强度分布。

当氘灯辐射通过原子化器，并到达接收器时，根据图4可以得出:

(7)

根据图4(a)可知，背景吸光度的大小不随波长变化而改变，这意味着不同波长下的吸光系数相同，因此，ε1=ε2=ε3=…=εn=ε，则式(7)可写成：

(8)

当空心阴极灯辐射通过原子化器，并达到检测器时，设发射线包括不同波长的辐射强度,则背景产生的吸光度为:

(9)

根据图4(a)可知，ε1=ε2=ε3=…=εn=ε，则式(9)可写成:

(10)

比较式(8)和(10)可知，Ab(D2)=Ab(HCL)。可见，尽管氘灯和空心阴极灯的发射线有效带宽不同，测得的背景吸光度值却是相同的。所以有:

(11)

调节仪器使Io(D2)=Io(HCL)，由式(11)可得：

(12)

式中K为吸收系数，c为样品溶液的浓度。

可见，利用氘灯可以扣除背景吸收的影响。

参 考 文 献

[1] 戴树桂.仪器分析.北京:高等教育出版社,1984