5 光散射
在原子化过程中产生的固体微粒,通过光路时对光产生散射,被散射的光偏离光路,不为检测器所检测,检测器接受的光强减小,使测得的吸光度值偏高,共效果就好象有一分子吸收叠加到被测定的原子吸收信号上一探。当散射粒子直径小于入射辐射波长的十分之一时,根据雷菜(Rayleigh)的理论,散射光强和波长的四次方成反比,因此,散射对吸收线位于短波区的元素如As、Se、Zn、Gd、Pb等的测定的影响是较大的,特别是基体浓度高时,使用长光程火焰、发亮火焰或全消耗型火焰进行测定,应特别注意散射的影响。在石墨炉非火焰原子吸收法中,分子吸收和光散射的影响比
在原子吸收法中,分子吸收和光散射所引起的后果是相同,产生表观的虚假吸收,使测定结果偏高,对于这种虚假吸收即背景吸收,可以采用适当的方法进行校正。
最常用的方法之一,是用氘灯校正背景,即用氖灯测定背景吸收,再从测得的表现总吸收值中减去背景吸收值,便得到真实吸收值。目前许多商品仪器都带有氘灯校正背景吸收的装置,用以自动校正背景。
这个方法是基于这样一个基本假定:当使用连续光源时,被测元素的原子线吸收,相对于总如射光强来说是可以忽略不计的。
因此可以合理地认为这时测得的吸收值是分子吸收值。如果仪器没有自动扣除背景的装置,校正背景可以这样来进行;先用元素空心阴极灯测定原子线吸收和背景吸收的总吸光度A总再用氘灯连续光源在同一波长或在分析线附近测定背景吸收的吸光度
A背,两次测定值之差A总—A背=A,即为欲测定的线吸收
值。用氘灯扣除背景的方法,只适用于氘灯辐射较强的波长区190~350nm,而且要求氘灯和元素空心阴极灯发出的两束光必须严格重合,特别是对石墨炉原子化器,背景分布不均匀,且随时间而变化,两光束严格重合是很重要的。否则,扣除背景的效果不理想。
再一个扣除背景的方法,是利用其他非吸收线扣除背景。由于背景吸收随波长而改变,要求所选用的线必须邻近分析线,而且确实是非吸收线,通常要求测定背景吸收的位置,在<200nm波段,距分析线<5nm,在>220nm波段,距分析线<20nm。此外,试样中不得存在有产生用作背景校正的非吸收线的元素。例如,当试样中不存在锑时,在用Pb217nm作分析线测定铅时,可用Sb217.6那么测定背景吸收。用这种方法校正背景,需要更换波长,进行第二次原子化操作,比较麻烦,而且由于每次波长调节不一定能很好重复,因此,测定误差较大。
近年来又发展了一种利用塞曼效应校正背景的技术。氘灯法、非吸收线法是利用谱线波长和强度特性来校正背景,与此不同,塞曼效应校正背景法是利用光谱线的偏振特性。自从1971年加拿大研究了第一台塞曼效应汞分析器之后,1976年日本日立厂已生产出通用的170—70型非火焰塞曼效应原子吸收分光光度计商品仪器。
1896年塞曼(Zeeman)发现,当把产生光谱的光源置于磁场强度为几千高斯的磁场内时,在磁场作用下,光源辐射的每条谱线分裂成几条偏振化的分线,这种现象称为塞曼效应。垂直于磁场方向的观测结果与平行于磁场方向的观测结果是不一样的,前者称为横效应,后者称为纵效应。当在石墨原子化器上加上与光束方向垂直的磁场时,在磁场中的原子蒸气的吸收线分裂为
和 成分, 成分的偏振方向与磁场平行,波长不变; 、 的偏振方向与磁场垂直,波长分别向长波和短波方向偏移。光源辐射光束为自然光,其中包括有振动方向与磁场平行和垂直的共振发射线成分。当光源的共振发射线通过原子化池时,原子仅对
成分有吸收,对 成分无吸收;而背景对 成分和 成分均有吸收。用旋转式检偏器把 和 成分分开,以 成分为吸收线,以 成分为参比线进行背景校正。此种将磁场加于原子化器的方法,称为吸收线调制法。还有一种方式是将磁场加于光源,称为光源调制法。在磁场中的光源发射线分裂成
和 偏振化成分,将这些成分同时通过原子蒸气,
成分为试样原子和背景吸收,而 仅为背景吸收,用旋转式检偏器将 和 成分分开,交替送到检测系统,即可得到扣除了背景的信号。利用塞曼效应校正背景的示意图如图7—9所示。
设光源辐射的 成分和 成分的强度为 和 , 为吸收线, 为参比线。试样原子对 线和 线的吸收系数分别为 和 ,背景吸收系数分别为 和 。试样原子数为 ,背景吸收物质宏观个数为 ,试样原子蒸气层厚度为 。根据吸光度加和原理,通过原子蒸气层后光强度分别为


式中a为常数。 成分和 成分之间的波长差很小,对Hg仅为0.06埃,因此可以合理地认为
和 是一样的,如果通过光路中补偿措施使 ,将(7-6)与(7—7)式相减,便得到


(7—9)式表明,宏观背景得到了完全校正,得到的信号仅与试样原子浓度成正比。
用塞曼效应校正背景,据报道,背景值高达1.7都可以校正之,而且方法对各波段的背景校正都适用。由于需要有较高的磁场强度,当采用吸收线调制法时,要求原子化器小,对火焰原子化器目前尚难于做到这点。
除了用氘灯和塞曼效应来校正背景之外,还可用“干扰标准”来校正背景,就是配制一个不含被测元素的纯“干扰标准”,用锐线光源在共振线波长直接测定背景吸收。这个方法的缺点是,背景吸收常常是和被刺元素本身有关,而纯干扰标准中恰恰不含有被测元素。况且,样品的组成并不总是可以预先确知的,这就为配制纯“干扰标准”带来困难。
正象前面已提到过的,可以使用高温火焰来消除背景,在非火焰原子吸收法中使用选择性挥发来消除背景。或者使用化学分离手段除去产生背景吸收的干扰组分。查德尔(A.T.Zander)等使用高强度连续光源和高分辨的中阶梯光栅波长调制单色器来校正背景吸收,也获得了良好的效果。
应该指出,标准增量法不能扣除背景,因为同样的背景吸收也叠加到其他试样上。
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