石墨炉型仪器的配置优化方案

（1）采用直流电加热的石墨炉

PinAAcle 900T/H/Z型原子吸收光谱仪均采用内置交直流转换器，采用内置电源直流加热石墨炉的方式，消除了交流加热的电源频率和主机内频共同引起的加热频率的周期噪声，如图2.31所示，左图是使用直流电源加热石墨炉时的吸光度信号图，从图中可以看到直流电源使得原子吸收信号峰型更加平滑，仪器测量时稳定性更好。

图2.31　石墨炉直流加热原子化与交流加热原子化比较图

（2）采用真实温度控制技术

PinAAcle 900T/H/Z系列的石墨炉原子化器均采用真实温度控制技术，即TTC技术。该技术可以克服由于石墨管电阻变化和外界电压变化引起的石墨炉测定结果的变化，保证石墨炉温度的一致性，保证检测结果更稳定。

当石墨炉原子化器开始升温后，仪器每隔10ms自动测定电源电压（V）和石墨管电阻（R），当电压或石墨管电阻产生变化时，随时进行功率补偿，从而使石墨炉温度保持恒定，使测定结果稳定。

关于电阻变化的影响，这是因为在测定过程中，高温使石墨管中的石墨不断被氧化，石墨管的电阻会变大，从而通过石墨管的电流会变小，根据功率与电流的关系式：P=I2R可知加热功率将变小，如果按照初始设定的加热条件，那么石墨管温度就会产生变化从而导致测定结果发生变化。如图2.32所示，右图是没有采用真实温度控制技术的仪器PE 4100ZL，当石墨管的电阻由11.9mΩ变为12.6mΩ时，吸光度就从0.150ABS变为0.128ABS，这样就引入了很大的测量误差。左图是采用了真实温度控制技术的仪器，例如PE AAnalyst 800和PinAAcle 900，从图中可以看到，当石墨管的电阻由11.9mΩ变为12.6mΩ时，吸光度仅从0.152ABS变为0.151ABS，可见真实温度控制技术对测量精确度的重要性。

图2.32　采用真实温度控制技术仪器的测量精度对比图

关于电压变化的影响，这主要来源于外电路带来的不稳定性。采用真实温度控制技术的仪器，电压由190～240V变化时，石墨炉加热功率稳定，升温速率不变，原子吸收信号也不变，从而测量结果稳定。

（3）石墨管采用圆弧型一体化等温平台（STPF）

PinAAcle 900T/H/Z系列原子吸收仪采用一体化圆弧型等温平台，热解涂层石墨管，如图2.33所示，充分保证了平台各部分与石墨管的距离一致，从而保证了平台上各处温度的一致。采用传统水平平台的石墨管，由于平台与石墨管的距离各不相同，因此在加热过程中平台的温度会有一定的差异，从而导致在不同位置的原子化过程出现差异，最后对检测结果造成影响。

图2.33　PinAAcle 900T/H/Z系列圆弧型一体化等温平台石墨炉

（4）气动式设计锁紧和打开石墨炉

PinAAcle 900T/H/Z系列的石墨炉均采用气动式设计，打开或者关闭石墨炉时只需要在软件上点击一按钮即可，气动式控制技术可以保证石墨管与两边的电极接触良好，确保炉子温度准确和稳定。石墨管的内外气流绝对分开控制，并由计算机独立控制，原子化阶段具有停气技术。如果仪器的工作氩气压力不足时，仪器会立即进入安全联锁状态以保护石墨管及石墨锥。

PinAAcle 900T/H/Z系列石墨管中的保护气分为内外两路气流，且完全绝对分开控制，并由计算机独立控制，如图2.34所示，这样能提高分析灵敏度，同时又保证在原子化停气阶段不会影响石墨管寿命。此外，保护气的消耗量极小，每分钟小于0.7L，其中外气流固定，内部气流为 0～250mL/min可调，可以满足不同分析要求的需要。PinAAcle 900T/H/Z系列石墨管保护气流动图如图2.34所示。

图2.34　PinAAcle 900T/H/Z系列石墨管保护气流动图

（5）标配石墨炉加氧装置

标配石墨炉加氧装置，可以在石墨炉灰化阶段自动控制加氧时间和流量，以消除碳在石墨管中的沉积而影响检测结果。当使用石墨炉技术分析大量的奶粉、血液、油品等有机物含量较高的样品时会在石墨管中产生积碳现象，从而影响到后续样品的检测精度与准确度。传统的做法是暂停分析工作，取出石墨管除碳，这样就非常费时费力，而且还很难保证后续样品的分析条件与之前一致。

而PinAAcle 900T/H/Z系列的石墨炉可以在样品的灰化阶段由计算机自动控制通入一定流量和时间的空气或者氧气，因为碳在高温下与氧发生反应形成二氧化碳气体并由内气流带出石墨管，因此保证了即使长时间的检测高含量有机物样品都不会积碳，可以实现奶粉、油品、血液、果汁、香精香料等样品的直接进样分析，这些样品中铅和砷12.5ppb 的回收率在95%～105%范围内，RSD小于3%。

（6）配置彩色摄像装置

PinAAcle 900T/H/Z系列原子吸收仪把彩色摄像装置作为标准配置，这就使得操作者可以简单、轻松地调节自动取样器进样针的位置，可以实时监测石墨管内部状态，可以监测样品溶液从进样到干燥再到灰化，最后至清除的各个步骤情况。方便仪器操作者进行方法开发，进行检测监控。

（7）采用横向加热石墨炉技术

PinAAcle 900T/Z 的石墨炉加热采用横向加热技术，没有温度梯度，可以降低原子化温度，能减少各种样品分析时的干扰，另外横向加热石墨炉的记忆效应更低。(www.xing528.com)

该技术通过石墨管的两侧进行加热，如图2.35所示，并使用一体化小质量平台涂层石墨管，保证整个石墨管内温度非常均匀，没有温度梯度，确保管内温度均匀一致。这样可以大大减少各种样品分析时的干扰，0.5%的NaCl溶液中100ppb的铅Pb，采用其他加热方式回收率最高为88%，而横向加热平台技术可将回收率提高到107%。此外，横向加热石墨炉技术还可以降低原子化温度，延长石墨管的使用寿命，适合于各种高低温元素的测定。

PinAAcle 900T/Z系列的横向加热技术具有更低的记忆效应，比如对于高温元素钼Mo，0.8ng的Mo吸光度为0.33A，原子化温度为2500℃，连续测定14次后第15次不添加样品进行检测，其吸光度即记忆效应仅为0.01A约为3.3%，只有很小的吸光度，且烧3次，即第18次后就没有残留了，如图2.36所示。相对于其他公司的石墨炉技术则至少需要空烧 20 次才能清除残留，如图2.37所示。

图2.35　石墨管横向加热结构图和温度分布图

图2.36　横向加热技术石墨炉只需空烧3次即可清除残留

图2.37　传统加热技术石墨炉需空烧20次以上才能清除残留

（8）采用纵向交流塞曼背景校正技术

采用该技术光路就不需要使用任何偏振器件，光强至少比横向塞曼扣背景提高50%，这是进行各种复杂样品准确分析的必要条件。

Zeeman 效应是指在磁场作用下谱线发生分裂的现象。根据光束与磁场的方向可以分为横向塞曼与纵向塞曼。其表面上的区别是光束与磁场方向平行的为纵向塞曼，光束与磁场方向正交的为横向塞曼。更深层次的区别是：在纵向塞曼磁场中光源发射出的单一波长谱线只分裂成±σ波长的谱线，即偏振光。而横向塞曼在磁场中光源发射出的单一波长谱线则分裂产生π、±σ三种不同波长的谱线，其中π保持原来的波长不变，而±σ均为离开原波长0.1 以上的两条谱线，如图2.38所示，并且π和σ这两种类型的谱线在空间上传播方向也不同。

图2.38　横向塞曼与纵向塞曼谱线裂解、磁场方向对比图

由于基态原子只吸收波长差在0.1以下的共振线，而背景则吸收波长范围从10到200的谱线，所以基态原子仅吸收π线，而背景成分不管π线和±σ线都能吸收。

对于恒定磁场横向塞曼扣背景而言，由于π线和±σ线的振动方向不同，因此可以用偏振镜将其分开，并且使用两个光电倍增管同时测量π线和±σ线的信号，日立公司Z-2000系列原子吸收仪就是应用这个原理，π成分所得信号=原子吸收+背景吸收，±σ成分所得信号=背景吸收，最后将π成分所得信号减去±σ成分所得信号就是纯原子吸收信号，从而达到背景校正的目的。

对于交流磁场横向塞曼扣背景而言，没有磁场时谱线不产生分裂，得到信号为原子吸收+背景吸收信号。有磁场时，则产生π线和±σ线的信号，通过偏振器把π线信号分离掉，仅剩±σ线的信号，得到的信号即为背景吸收信号。将没有磁场得到的信号-有磁场得到的信号=（原子吸收+背景吸收）-背景吸收=原子吸收信号。

对于交流磁场纵向塞曼扣背景而言，没有磁场时谱线不产生分裂，得到的信号为原子吸收+背景吸收信号。有磁场时只产生±σ谱线，得到的信号为背景吸收信号。将没有磁场时得到的信号-有磁场得到的信号=（原子吸收+背景吸收）-背景吸收=原子吸收信号。

从以上可以看出，纵向塞曼扣背景不需要使用偏振系统，不存在光能量损失，光强比横向塞曼至少高50%，这样仪器的信噪比更好。而需要使用偏振系统的横向塞曼仪器，由于光强变弱，使用时仪器的灵敏度不是太好，很多时候仪器还需要使用氘灯来进行背景校正的补充。

PinAAcle 900T/Z系列原子吸收仪采用纵向塞曼扣背景技术以及横向加热技术，确保了仪器具有最好的背景扣除能力及最好的检测能力，对于各种复杂样品都能提供卓越的性能。

（9）具有超高灵敏度和超强抗干扰能力的石墨炉

根据国家标准GB/T 21187—2007原子吸收分光光度计4.5.2.2石墨炉法测定仪器灵敏度的试验程序，进行PinAAcle 900石墨炉的灵敏度测定，对铜质量浓度为20ng/mL+0.5%（体积分数）HNO3的标准溶液，进样20μL，连续进行7次吸光度测量，取平均值，扣除空白溶液的吸光度后，即为灵敏度。PinAAcle 900石墨炉的灵敏度以 20μg/L Cu标准溶液进样20μL，吸光度大于0.1ABS。

以石墨炉方法测量2μg/L、4μg/L、6μg/L、8μg/L的砷和硒标准溶液，并绘制标准曲线，采用线性计算截距的校准方式，线性相关系数均大于0.999，如图2.39所示。

图2.39　PinAAcle 900石墨法测定砷As和硒Se的标准曲线

根据国家标准GB/T 21187—2007原子吸收分光光度计 4.10.2（a）测量PinAAcle 900石墨炉的背景校正能力，将仪器的各项参数调到石墨炉法测铅的最佳工作状态，选择铅280.2nm谱线，向石墨炉中注入氯化钠溶液并读出仪器的吸光度A1，选择溶液的进样量使A1≈1ABS，然后将仪器处于背景校正的工作状态，再向石墨炉注入等量的氯化钠溶液，读出仪器在背景校正时的吸光度A2，计算A1/A2的值，即为背景校正能力。PinAAcle 900基于石墨炉法的背景校正能力大于200倍。PinAAcle 900以石墨炉方法测量1%氯化钠基体溶液中10μg/L、20μg/L、30μg/L、40μg/L、50μg/L的铅标准溶液，并绘制标准曲线，采用线性计算截距的校准方式，线性相关系数大于0.999，如图2.40所示。

图2.40　PinAAcle 900石墨炉法测定1%NaCl基体溶液中铅标准溶液的标准曲线