原子化器

光谱分析进行试样原子化的装置

原子化器是原子吸收光谱分析进行试样原子化的装置。它将试样转化为自由原子蒸气（基态原子），以便吸收特征辐射。入射光束在这里被基态原子吸收，因此也可把它视为“吸收池”。对原子化器的基本要求是必须具有足够高的原子化效率；必须具有良好的稳定性和重现形等。它的种类很多，大致可分为火焰原子化器及电热原子化器两大类。前者包括预混合型、全消耗型；后者包括石墨炉、碳丝原子化器、碳棒原子化器、石墨增竭、石墨探针等。

简介

原子化器是原子吸收分光光度计中产生原子蒸气的装置。元素测定的灵敏度、准确度和干扰情况，很大程度上取决于试样原子化过程。对其要求为：原子化效率要高，稳定，背景低，噪音小，且没有记忆效应，重现性好。

原子化器有火焰与非火焰原子化器之分。火焰原子化器主要包括雾化器和燃烧器。根据构造不同，燃烧器又可分为预混合型（层流）喷雾燃烧器和全消耗型喷雾燃烧器两种。前者通常是使试样喷雾后，与燃料气和助燃气在进入火焰以前于雾化室内预先混合均匀，再进入火焰燃烧，为提高雾化效率，可在喷雾器前适当位置放一分散球或扰流器；后者则是将试样的雾滴、燃料气和助燃气同时进入火焰而无预先混合的过程。以预混合型应用较为普遍。非火焰原子化器是利用电能直接加热石墨或金属以达到高温的原子化技术。最常用的有石墨管原子化器和钽舟电热原子化器等由于其原子化效率高和原子蒸气停留时间长，故灵敏度比火焰法高几个数量级，绝对灵敏度可达10克，试样用量少，一般只需几微升。但测定精密度较差。

火焰原子化器

火焰原子化器是原子吸收光谱仪的关键部件，由雾化器、雾化室和燃烧器组成。其性能的优劣直接影响分析结果的好坏。N2O=CH2CH2火焰是一种高温火焰（以下简称N-Ac火焰），由JRWiilis提出，它将AAS可测元素从30多个扩展到70多个，是AAS的一个重要发展。当前，部分商品原子吸收光谱仪配用的火焰原子化器，在应用于N-Ac火焰时，难以得到满意的结果。其主要原因是原子化器的结构不够合理，致使噪声大，易于积炭堵塞。这种情况是NAc火焰在国内还未得到普遍应用的重要原因之一。

石墨炉原子化器

石墨炉原子化器又称高温石墨管原子化器。一种结构简单、性能好、使用方便、应用广泛的无焰原子化器。其基本原理是利用电流通过高阻值的石墨管时所产生的高温，使置于其中的少量溶液或固体样品蒸发并原子化。

纵向加热石墨炉

石墨炉原子化器起源于1959年L′vov平台工作，而其商品化还得益于Mass-mann对L′vov平台石墨炉的发展和大胆改进，1968年Massmann炉问世。自20世纪70～ 80年代末商品石墨炉原子化器均为Massmann管形炉，广为分析工作者所熟悉。这种石墨管是两端通低压大电流加热，加热方向与石墨管平行，称之为纵向加热。用L′vov的恒温原子化的思想要求，纵向加热石墨管在结构上存在先天性缺陷，即由石墨管两端接触的电极必须水冷却。这就使石墨管两端的热量不断被带走,造成管的两端温度低中心部分高的状态，形成了原子化过程中明显的温度梯度。到了20世纪80年代末，纵向加热石墨管在原子化过程中的温度特性有了明显的改善，但原子化过程中造成的温度梯度、背景干扰只是有了减轻，并没有明显或根本解决。为改变这一局面，人们从改变石墨管形状等方面努力，以求尽可能扩大原子化过程中石墨管的恒温空间，于是便出现了横向加热石墨炉。

横向加热石墨炉

横向加热石墨炉是指在与石墨炉长度方向相垂直的方向对其加热，即电流通过的方向与石墨管方向正交。这种加热方式避免了通水冷却电极时带走石墨管两端热量的问题，从理论上讲在石墨管长度方向上不存在温度梯度。最早的横向加热石墨炉是20世纪70年代Varian生产的CRA -63型石墨炉，夹于两个加热炭棒之间的石墨管仅9 mm，因长度短无法显示横向加热的性能而不被人们认识。直到20世纪80年代，瑞典的Frech提出了一个比较完善的能加工制作的横向加热石墨炉方案，并自行加工制作了横向加热石墨管，与HGA -600型进行了对比试验，分析数据都明显优于传统的纵向加热的Massmann石墨炉。然后直到1990年，才由美国的Perkin Elmer公司推出了世界上第一台商品化横向加热石墨炉GFAAS仪器。

横向与纵向加热石墨炉性能比较

温度的均匀性和恒温区域

从两种石墨炉的设计结构看，横向加热石墨炉有着更好的温度均匀性和更大的恒温区域，由于横向加热石墨管的两端与冷却部分不接触，两端的热散失很小，沿管长度方向的温度梯度减少，其恒温区域增加，更好的适应了L′vov型炉的恒温原子化的要求。

记忆效应

横向加热平台石墨管测定，易形成碳化物元素钼时，较纵向加热石墨炉所产生的记忆效应要小。

加工技术

纵向加热石墨管呈桶形，容易加工制造，经过30多年的发展其加工技术相对比较成熟；而横向加热石墨管的几何形状比较复杂，对加工的精度要求很高，所以具有良好分析性能的横向加热石墨管尚属少数。作为一个关键而又易耗部件，它的昂贵又大大阻碍了横向加热石墨管的普及。

发展趋势

从性能上看，从性能指标比对情况可以看出，横向加热石墨炉有着诸多的优势，将得到普及。从需求上看，尽管目前横向加热石墨炉在加工技术尚存在一定的难度，价格较昂贵，但随着社会对微量样品分析和痕量超痕量元素检测要求的提高，相信科研工作者在该方面会不断改进加工技术，降低成本。同时，随着整个加工行业的全面提高，横向加热石墨炉也肯定能获得长足发展。从石墨炉原子化器的发展现状看，随着社会上对横向加热石墨炉需求的增长，越来越多的仪器生产企业和科研机构会加大对横向加热石墨炉的开发力度。

多功能一体化原子化器

当今市场上销售的多功能原子吸收分光光度计需要用户手工装卸不同种类的原子化器，并且切换步骤繁琐，加大了用户的工作量和人为因素对仪器测量的影响。随着各行业标准的完善和原子吸收分光光度计应用于越来越多的行业，该类仪器所测定的元素种类相对较少，操作流程复杂，仪器占据空间大，已经不能满足用户的需求。多功能一体化原子吸收分光光度计集成火焰原子吸收分光光度计、石墨炉原子吸收分光光度计、氢化物原子吸收分光光度计、紫外可见分光光度计、火焰光度计5种仪器功能，能测定73种元素的含量，只需要用户通过操作界面简单地设置，就能自动完成不同种类原子化器的切换，大大提高了用户操作效率。

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