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原子吸收光譜法（atomic absorption spectrometry，AAS）是根據(jù)基態(tài)原子對特征波長光的吸收，來測定試樣中待測元素含量的分析方法，簡稱原子吸收分析法。用于原子吸收光譜分析的儀器稱為原子吸收分光光度計（atomic absorption spectrophotometer）或原子吸收光譜儀。
一、儀器工作原理
將待分析物質(zhì)以適當方法轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤?，并將溶液以霧狀引入原子化器。此時，被測元素在原子化器中原子化為基態(tài)原子蒸氣。當光源發(fā)射出的與被測元素吸收波長相同的特征譜線通過基態(tài)原子蒸氣時，光能因被基態(tài)原子所吸收而減弱，其減弱的程度（吸光度）在一定條件下，與基態(tài)原子的數(shù)目（元素濃度）之間的關系，遵守朗伯-比耳定律。被基態(tài)原子吸收后的譜線，經(jīng)分光系統(tǒng)分光后，由檢測器接收，轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)放大器放大，由顯示系統(tǒng)顯示出吸光度或光譜圖。
二、儀器基本結(jié)構(gòu)
原子吸收分光光度計主要由光源、原子化器、單色器、檢測系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)等部分組成。
1.光源
光源的作用是發(fā)射出能被待測元素吸收的特征波長譜線，供測量用。為了保證峰值吸收的測量，要求光源必須能發(fā)射出比吸收線寬度更窄的銳線光譜，并且強度大而穩(wěn)定，背景低且噪聲小，使用壽命長?？招年帢O燈（hollow cathode lamp，HCL）、無極放電燈、蒸氣放電燈和激光光源燈都能滿足上述要求，其中應用*廣泛的是空心陰極燈和無極放電燈。量寶空心陰極燈又稱元素燈，根據(jù)陰極材料的不同，分為單元素燈和多元素燈通常，單元素的空心陰極燈只能用于一種元素的測定，這類燈發(fā)射線干擾少，強度高，但每測一種元素需要更換一種燈。多元素燈可連續(xù)測定幾種元素，減少了換燈的麻煩，但光強度較弱，容易產(chǎn)生干擾。目前，中國生產(chǎn)的空心陰極燈可以滿足國內(nèi)外各種型號的原子吸收分光光度計的要求，元素品種達60余種。
空心陰極燈使用前應經(jīng)過一段預熱時間，使燈的發(fā)光強度達到穩(wěn)定。預熱時間隨燈元素的不同而不同，一般在20~30min以上。使用時，應選擇合適的工作電流。
無極放電燈又稱微波激發(fā)無極放電燈。無極放電燈的發(fā)射強度比空心陰極燈大100~1000倍。譜線半寬度很窄，適用于對難激發(fā)的As、Se、Sn等元素的測定。目前已制成Al、P、K、Rb、Zn、Cd、Hg、Sn、Pb、As等18種元素的商品無極放電燈。
近幾年來，隨著高光譜分辨能力的中階梯光柵光譜儀技術和具有多通道檢測能力的半導體圖像傳感器技術的日趨成熟，使用連續(xù)光源做原子吸收分光光度計（CS-AAS）的光源已經(jīng)成為可能。2004年德國耶拿公司（Analytik Jena）成功地設計和生產(chǎn)出****臺商品化連續(xù)光源原子吸收光譜儀 ContrAACS-AAS采用交叉色散系統(tǒng)和半導體圖像傳感器的形式，不需要移動光路中的任何部件，可以同時檢測從As193.76nm到Cs852.11nm之間的多條任意分析譜線，具有同時多元素定性、定量分析能力，檢出限和精密度達到或超過線光源AAS的水平，從而使AAS儀器發(fā)展到一個新的水平。
2.原子化器
將試樣中待測元素變成氣態(tài)的基態(tài)原子的過程稱為試樣的“原子化”。完成試樣原子化所用的設備稱為原子化器或原子化系統(tǒng)。試樣中被測元素原子化的方法主要有火焰原子化法和非火焰原子化法兩種。火焰原子化法利用火焰熱能使試樣轉(zhuǎn)化為氣態(tài)原子。非火焰原子化法利用電加熱或化學還原等方式使試樣轉(zhuǎn)化為氣態(tài)原子。原子化系統(tǒng)在原子吸收分光光度計中是一個關鍵裝置，它的質(zhì)量對原子吸收光譜分析法的靈敏度和準確度有很大影響，甚至起到?jīng)Q定性的作用，也是分析誤差*大的一個來源。
（1）火焰原子化器（flame atomizer）火焰原子化包括兩個步驟:先將試樣溶液變成細小霧滴（即霧化階段），然后使霧滴接受火焰供給的能量形成基態(tài)原子（即原子化階段）。火焰原子化器由霧化器、預混室和燃燒器等部分組成。嘛余霧化器（nebulizer）的作用是將試液霧化成微小的霧滴。霧化器的性能會對靈敏度、測量精度和化學干擾等產(chǎn)生影響，因此要求其噴霧穩(wěn)定、霧滴細微均勻和霧化效率高。目前，商品原子化器多數(shù)使用氣動型霧化器。
塑預混室也稱霧化室，其作用是進一步細化霧滴，并使之與燃料氣均勻混合后進入火焰。
燃燒器的作用是使燃氣在助燃氣的作用下形成火焰，使進入火焰的試樣微粒原子化。
原子吸收光譜分析*常用的火焰是空氣-乙炔火焰和氧化亞氮（笑氣）-乙炔火焰。當采用不同的燃燒氣時，應注意調(diào)整燃燒器的狹縫寬度和長度以適應不同燃燒氣的燃燒速率，防止回火爆炸。
由于火焰原子化法的操作簡便，重現(xiàn)性好，有效光程大，對大多數(shù)元素有較高靈敏度，因此應用廣泛。但火焰原子化法原子化效率低，靈敏度不夠高，而且一般不能直接分析固體樣品。火焰原子化法這些不足之處，促使無火焰原子化法的發(fā)展。
（2）電熱原子化器電熱原子化器的種類有多種，如電熱高溫管式石墨爐原子化器、石墨杯原子化器、鉭舟原子化器、碳棒原子化器、鎳杯原子化器、高頻感應爐和等離子噴焰等。在商品儀器中常用的電熱原子化器是管式石墨爐原子化器。
石墨爐是用石墨管做成，將樣品用進樣器定量注入石墨管中，并以石墨管作為電阻發(fā)熱體，通電后迅速升溫，使試樣達到原子化目的。它由加熱電源、保護氣控制系統(tǒng)和石墨管狀爐組成。外電源加于石墨管兩端供給原子化器能量，電流通過石墨管產(chǎn)生3000℃的高溫，使置于石墨管中的被測元素變?yōu)榛鶓B(tài)原子蒸氣。保護氣系統(tǒng)是控制保護氣的。外氣路中的Ar氣沿石墨管外壁流動，以保護石墨管不被燒蝕；內(nèi)氣路中的Ar從管兩端流向管中心由管中心孔流出以有效地除去在干燥和灰化過程中產(chǎn)生的基體成分，同時保護已經(jīng)原子化了的原子不再被氧化。
石墨爐原子化器相對于火焰原子化器具有體積小、檢出限低用樣量少等特點；石墨爐原子化的缺點主要是基體蒸發(fā)時可能造成較大的分子吸收，爐管本身的氧化也產(chǎn)生分子吸收，背景吸收較大，一些固體微粒引起光散射造成假吸收，因此使用石墨爐原子化器必須使用背景校正裝置校正。石墨爐原子化器主要包括爐體、電源、冷卻水、氣路系統(tǒng)等，目前商品儀器的爐體又分為縱向加熱和橫向加熱?？v向加熱石墨爐（國產(chǎn)儀器的石墨爐體多為縱向加熱）由于要在石墨管兩端的電極上進行水冷，造成沿光路方向上存在溫度梯度，使整個石墨管內(nèi)具有不等溫性導致基體干擾嚴重，影響原子化過程。針對上述問題，商品儀器經(jīng)過多次的改進，又發(fā)展了平臺原子化（在改善縱向石墨爐加熱方面有很大的貢獻）、探針原子化、電容放電強脈沖加熱石墨爐，這些技術都在一定程度上或多或少地彌補了縱向加熱的缺點，但還是沒有解決根本問題。而橫向加熱石墨爐技術恰恰能解決縱向的不等溫性的缺點，它大大增加了管內(nèi)恒溫區(qū)域，降低原子化溫度和時間，使得原子濃度均勻且穩(wěn)定性好，顯著地降低基體效應和消除記憶效應，同時還可降低對爐體的要求，增加了石墨管的使用壽命。
3.分光系統(tǒng)
原子吸收光譜儀的分光系統(tǒng)又稱單色器，其作用是將待測元素的吸收線與鄰近譜線分開，并阻止其他的譜線進入檢測器，使檢測系統(tǒng)只接受共振吸收線。單色器由入射狹縫、出射狹縫和色散元件（目前商品儀器多采用光柵，其倒線色散率為0.25~6.6nm/mm）等組成。
在實際工作中，通常根據(jù)譜線結(jié)構(gòu)和待測共振線鄰近是否有干擾來決定狹縫寬度，適宜的縫寬通過實驗來確定。
4.檢測系統(tǒng)
檢測系統(tǒng)由光電轉(zhuǎn)換器和信號處理、顯示記錄器等組成。常用的光電轉(zhuǎn)換器是光電倍增管，它是利用二次電子發(fā)射放大光電流來將微弱的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕钠骷Ｓ梢粋€表面涂有光敏材料的光電發(fā)射陰極、一個陽極以及若干個倍增級（打拿級）所組成。當光陰極受到光子的碰撞時，發(fā)出光電子。光電子繼續(xù)碰撞倍增級，產(chǎn)生多個次級電子，這些電子再與下一級倍增級相碰撞，電子數(shù)依次倍增，經(jīng)過9~16級倍增級，放大倍數(shù)可達106~109*后測量的陽極電流與入射光強度及光電倍增管的增益（即光電倍增管放大倍數(shù)對數(shù)）成正比。改變光電倍增管的負高壓可以調(diào)節(jié)增益，從而改變檢測器的靈敏度。
使用光電倍增管時，必須注意不要用太強的光照射，并盡可能不要使用太高的增益，這樣才能保證光電倍增管良好的工作特性，否則會引起光電倍增管的“疲勞”乃至失效。所謂“疲勞”是指光電倍增管剛開始工作時靈敏度下降，過一段時間趨于穩(wěn)定，但長時間使用靈敏度又下降的光電轉(zhuǎn)換不成線性的現(xiàn)象。
放大器的作用是將光電倍增管輸出的電壓信號放大后送入顯示器。原子吸收常采用同步解調(diào)放大器。它既有放大作用，又能濾掉火焰發(fā)射以及光電倍增管暗電流產(chǎn)生的用直流信號，從而有效地提高信噪比。
較早的原子吸收光譜儀顯示器多采用具有透射比和吸光度兩套讀數(shù)的指示儀表，近年來顯示器一般同時具有數(shù)字打印和顯示、濃度直讀、自動校準和微機處理數(shù)據(jù)功能。
近年一些儀器也采用CCD作為檢測器，CCD（Charge-C-Cou- pled Devices，譯名是電荷耦合器件）是一種新型固體多道光學檢測器件，它是在大規(guī)模硅集成電路工藝基礎上研制而成的模擬集成電路芯片。它可以借助必要的光學和電路系統(tǒng)，將光譜信息進行光電轉(zhuǎn)換、儲存和傳輸，在其輸出端產(chǎn)生波長-強度二維信號，信號經(jīng)放大和計算機處理后在末端顯示器上同步顯示出，如WFX-91型便攜式原子吸收光譜儀。目前這類檢測器已經(jīng)在光譜分析的許多領域獲得了應用。
三、常用儀器型號和主要性能
原子吸收分光光度計按光束形成可分為單光束（指從光源中發(fā)出的光僅以單一光束的形式通過原子化器、單色器和檢測系統(tǒng)）和雙光束（指從光源發(fā)出的光被切光器分成兩束強度相等的光，一束為樣品光束通過原子化器被基態(tài)原子部分吸收；另一束只作為參比光束，不通過原子化器，其光強度不被減弱）兩類；按包含“獨立”的分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)的數(shù)目又可分為單道（指儀器只有一個光源，一個單色器，一個顯示系統(tǒng)，每次只能測一種元素）、雙道（指儀器有兩個不同光源，兩個單色器兩個檢測顯示系統(tǒng)）和多道。目前普遍使用的是單道單光束或單道雙光束原子吸收分光光度計。
原子吸收分光光度計型號繁多，不同型號儀器性能和應用范圍不同。表列出當前常用原子吸收分光光度計的型號與性能，供參考。
表：部分原子吸收分光光度計性能特點和主要技術指標
| 儀器型號 | 儀器主要性能與特點 | 主要技術參數(shù) |
| AA320N |
采用計算機數(shù)據(jù)處理和液晶顯示屏，具有自動調(diào)零、氘燈扣背景、多種線性非線性曲線擬合、屏幕顯示各種參數(shù)和工作曲線、打印報告等功能；可做火焰原子吸收、火焰發(fā)射、石墨爐原子吸收和氫化物發(fā)生法 |
波長范圍為190~900nm；波長準確度≤±0.5nm；波長重復性≤0.3nm（單向）；光譜帶寬為0.2nm、0.4nm、0.7nm、1.4nm、2.4nm和5.nm；基線穩(wěn)定性≤0.004A/30min |
| 361MC/CRT型 | 自動扣除空白值、基線漂移和靈敏度漂移；能進行火焰發(fā)射光度法，氫化物發(fā)生原子吸收法及在線富集流動注射原子吸收法分析；在條件設定之后，能自動讀出/打印出吸光度值、濃度值及相對標準偏差 | 波長范圍為190~900nm波長準確度≤士0.5nm；波長重復性≤0.3nm（單向）；檢出極限≤0.008μg/mL（銅）；特征濃度<0.04μg/mL/1％（銅）；基線穩(wěn)定優(yōu)于0.004A/30min（銅） |
| 3510型 | 主機具有內(nèi)置微機系統(tǒng)，所有工作條件通過鍵盤設定，儀器能自動尋找元素峰值能量；校正時空心陰極燈與氘燈的能量自動平衡，并能處理數(shù)據(jù)和圖譜 | 波長范圍為190.0~860.0nm；波長準確度≤0.5nm；波長重復性≤0.3nm；光譜帶寬為0.1nm、0.2nm、0.7nm、1.4nm；基線漂移為0.004A/30min；在背景信號為1A時具有30倍以上的背景扣除能力 |
| 4520TF型 | 采用多燈自動切換轉(zhuǎn)塔；由PC控制操作，可選配火焰或石墨爐原子化器 | 波長范圍為190~900nm；波長重復性≤0.12nm；光譜帶寬為0.1nm0.2nm、0.4nm、1.0nm；靜態(tài)基線漂移≤0.004A/30min（Cu）；光柵刻線為1800條/mm |
| TAS-986 | 火焰原子化器與石墨爐原子化器一體化的主機，火焰與石墨爐原子化器可自動切換；采用八燈自動切換轉(zhuǎn)塔，可預先優(yōu)化設置空心陰極燈的工作條件；自動控制波長掃描，自動尋峰；自動更換光譜帶寬；自動調(diào)整負高壓、燈電流、兩路光平衡；自動流量設定、自動點火、自動熄火保護；采用橫向加熱石墨爐技術；設有安全報警系統(tǒng) | 波長范圍為190~900nm；消像差C-T型單色器裝置；光譜帶寬為0.1nm、0.2nm、0.4nm、1.0nm和2.0nm五擋自動切換；波長準確度為±0.25nm；波長重復精度為0.15nm；分辨率優(yōu)于0.3nm；基線漂移為0.005A/30min；火焰分析時的特征濃度為（Cu）0.02μg/mL/1％，檢出限（Cu）為0.006μg/mL；精密度RSD≤1％；石墨分析時的特征量（Cd）為0.5×10-12g，檢出限（Cd）為1×10-12g |
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TAS-990F（單火焰） 990G（單石墨） 990GF（手動火焰+石墨） 990TFG（自動火焰+石墨） |
采用八燈自動切換轉(zhuǎn)塔，可預先設置優(yōu)化空心陰極燈的工作條件，方便多元素檢測；自動調(diào)整負高壓、燈電流，兩路光能量自動平衡；自動控制波長掃描，自動尋峰；自動轉(zhuǎn)換光譜帶寬；自動流量設定，自動點火，熄火自動保護；自動設定*佳火焰高度及原子化器位置；采用橫向加熱石墨爐的技術；配有 AAWin22.0操作軟件；由計算機完成分析操作 | 波長范圍為190~900nm；消像差C-T型單色器裝置；光譜帶寬為0.1nm、0.2nm、0.4nm、1.0nm和2.0nm五擋自動切換；波長準確度為±0.25nm；波長重復精度為0.15nm；分辨率優(yōu)于0.3nm；基線漂移為0.005A/30min；火焰分析時的特征濃度為（Cu）0.03μg/mL/1％，精密度RSD≤1％；石墨分析時的特征量（Cd）為0.5×10-12g，檢出限（Cd）為1×10-12g；精密度RSD≤3％ |
| A3系列 | 具有三種火焰原子化模式（空氣-乙炔火焰、空氣-液化石油氣火焰以及笑氣-乙炔火焰集成于整機氣路系統(tǒng)）；帶有集石墨爐自動進樣器與火焰自動進樣器于一體的進樣附件；采用**的橫向加熱石墨爐的技術；儀器設有安全報警系統(tǒng)；配有 AAWin Prol1.0操作軟件，分析操作由計算D機完成（除電源開關與緊急滅火開關外） |
波長范圍為190~900nm；檢出限（Cu）為0.004μg/mL；石墨爐檢出限（Cd）為4.0×10-12g |
| WFX-910 | 為便攜式原子吸收光譜儀；采用電熱絲原子化器，用Li電池供電，可在無電網(wǎng)供電環(huán)境下使用；分光系統(tǒng)為新型CCD器件，適合快速檢測分析譜線波長小于370nm的AsCd、Cr、Cu、Pb、Se、Tl等環(huán)境水質(zhì)中重要元素的監(jiān)測；儀器體積小，重量輕，便捷，適用現(xiàn)場檢測 | 波長范圍為185~370nm；波長準確度≤±0.25nm；分辨率（Hg）296.73nm，譜線半寬度不大于0.39nm；基線漂移≤0.008A/30min檢出限:銅檢出限（Cu）不大于50pg測銅相對標準偏差不大于6％ |
| WFS-810 | 儀器采用雙磁場塞曼效應背景校正裝置；雙燈架8燈座光源自動轉(zhuǎn)換，自動調(diào)節(jié)供電與優(yōu)化光束位置；自動波長掃描及尋峰；自動切換光譜帶寬；火焰與石墨爐能自動切換；石墨爐分析方法配備了自動進樣系統(tǒng)，主機內(nèi)置有石墨爐電源；儀器配有操作軟件，由計算機全自動控制儀器各項分析參數(shù)（如波長、光譜帶寬、元素測試條件等）的選擇調(diào)整 | 波長范圍為190~900nm；C-T型單色器；光柵刻線條數(shù)為1800條/mm；焦距為430nm；閃耀波長為250nm；火焰法光譜帶寬為0.1nm、0.2nm、0.4mm、1.6nm；石墨爐法光譜帶寬為0.2nm、0.4nm、1.2nm；燈電源供電方式為200Hz方波脈沖，燈電流調(diào)節(jié)范圍為0~15mA；燃燒器為10cm單縫全鈦燃燒器；石墨爐溫度范圍為室溫~3000℃，升溫速率3000℃/s；火焰與石墨采用的恒磁場塞曼背景校正裝置的磁通量密度為1.0T |
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WFS-210 |
采用富氧火焰專利技術（替代氧化亞氮-乙炔火焰法），適宜分析Ca、Al、Ba、W、Mo、Ti、V等高溫元素，火焰溫度在2300~2950℃之間連續(xù)可調(diào)；一體化火焰/石墨原子化系統(tǒng)兼具火焰發(fā)射分析功能，可自動切換，自動優(yōu)化位置參數(shù)，自動點火，自動設置氣體流量；石墨爐實現(xiàn)全自動分析；6燈座光源自動轉(zhuǎn)換，可自動調(diào)節(jié)供電與優(yōu)化光束位置、自動波長掃描及尋峰，自動切換光譜帶寬；儀器設有安全自動報警與保護功能；采用 BRAIC操作軟件 |
波長范圍為190~900nm；C-T型單色器；光柵刻線條數(shù)為1800條/mm；焦距為277nm；閃耀波長為250nm；多擋自動切換光譜帶寬；石墨爐溫度范圍為室溫~3000℃，升溫速率3000℃/s |
| WFS-120C | 6燈座光源自動轉(zhuǎn)換，可自動調(diào)節(jié)供電與優(yōu)化光束位置全自動報警與保護，測試數(shù)據(jù)自動顯示，自動計算，分析結(jié)果自動打印；設計的火焰原子化系統(tǒng)適合高濃度鹽類基體樣品火焰分析 | 波長范圍為190~900nmC-T型單色器；光譜帶寬為0.1nm、0.2nm、0.4nm、1.2nm四擋自動切換；波長精確度優(yōu)于±0.25m；光譜帶寬0.2nm時譜線分辨能力為分開雙錳線（279.5nm和279.8nm）且谷峰能量比<30％；氘燈背景校正和自吸背景校正均具有>30倍以上校正能力（1A） |
| PE AAna-lyst600/800 | 8燈燈架，內(nèi)置燈電源，可連接空心陰極燈和無極放電燈，由計算機控制燈的選擇和自動準直；火焰和石墨爐可全自動轉(zhuǎn)換（AAnalyst600只有石墨爐原子化系統(tǒng)，與 AAnalyst800中的石墨爐相同）；計算機控制和監(jiān)視燃氣和助燃氣，鍵盤遙控點火系統(tǒng)；火焰和石墨系統(tǒng)均具有懸浮直接進樣功能；內(nèi)置式計算機控制的橫向加熱石墨爐原子化器；AAnalyst800采用交流縱向塞曼效應校正背景；無論火焰還是石墨爐，均具有與FIAS、FIMS、氣相色譜（GC）、液相色譜（HPLC）、熱分析（TA）等儀器聯(lián)用的功能 | 波長范圍為190~900nm；光柵刻線條數(shù)為1800條/mm，雙閃耀波長（236nm和597nm）；線色散率倒數(shù)為1.6nm/mm；焦距為267mm光譜帶寬為0.2nm，0.7nm和2.0nm；火焰原子化檢出限為Cu2μg/L；動態(tài)基線穩(wěn)定性≤0.0006A/30min；石墨爐檢出限為Cd0.008μg/L，As0.2μg/L；溫度為室溫~2600℃，*小增量為10℃ |
| Varian AA-240FS | 4燈座，自動快速選擇燈的位置，若四燈同時工作，2min內(nèi)可測10種元素；計算機控制自動選擇波長；自動選擇狹縫寬度；采用氘燈背景校正；用于重要元素定量分析，可直接檢測金屬和類金屬元素多達70余種，主要用于食品、飼料、作物、土壤、化妝品等金屬元素含量測定 | 波長范圍為185~900nm； Czerny- Turner型單色器；焦距≥250nm；狹縫為0.2~1.0nm，光柵刻線密度≥1200條/mm，閃耀波長為240nm |
| 島津隊AA-7000 | 6燈座，2燈同時點亮（1燈預熱）；具有多方式自動漏氣檢查功能；火焰、石墨爐一體機，雙原子化器可自動切換；高精度溫度控制系統(tǒng)控制石墨爐從干燥到原子化全程；火焰和石墨爐分析都具備全波長范圍內(nèi)自吸收和氘燈背景校正方法 |
測定波長范圍185~900nm；消像差C-T型單色器；光柵刻線條數(shù)為1800條/mm；光譜帶寬為0.2nm，0.7nm，1.3nm，2.0nm（4擋自動切換） |
