原子吸收光谱仪又称原子吸收分光光度计，依次由光源、原子化器、分光系统、检测系统等四个主要部分组成。图3－3为原子吸收分光光度计示意图。

图3－3 原子吸收光谱仪结构示意图

一、锐线光源

根据峰值吸收测量法的基本原理，要求锐线光源能发射谱线宽度很窄的元素共振线。对锐线光源的要求是：辐射强度大、稳定性高、背景小、寿命长等。目前应用最广泛的是空心阴极灯。其他还有蒸气放电灯及高频无极放电灯。

图3－4 空心阴极灯

空心阴极灯的结构如图3－4所示。灯管由硬制玻璃制成，一端有由石英或玻璃做成的光学窗口。两根钨棒封入管内，一根连有钛、鋯、钽等有吸气性能金属制成的阳极；另一根上镶有一个圆筒形的空心阴极，在空心阴极圆筒内衬上或熔入被测元素。管内充有几百帕低压的惰性气体氖或氩，称为载气。

空心阴极灯的工作原理如下。在空心阴极灯中两个电极间加上一定的电压，灯点燃时电子由阴极高速射向阳极。在此过程中，电子与惰性气体相碰撞，使其电离成离子。在电场作用下，惰性气体的正离子强烈地轰击阴极表面，使阴极表面的金属原子溅射。所溅射出来的金属元素在阴极区受到高速电子及离子流的撞击而激发，而发射出金属元素的特征谱线。

由于灯的工作电流一般在几毫安至几十毫安，阴极温度不高，所以Doppler变宽效应不明显，自吸现象小。灯内的气体压力很低，Lorentz变宽也可忽略。因此，在正常工作条件下，空心阴极灯发射出变宽度很窄的特征谱线。

二、原子化器

原子化器的功能是提供能量，使试样干燥、蒸发并原子化。常用的原子化方法有两种：火焰原子化法，常用预混合型原子化器，其操作简单，对大多数元素有较高的灵敏度，应用广泛；非火焰原子化法，常用管式石墨炉原子化器，有更高的原子化效率和很高的灵敏度。

1、火焰原子化器

火焰原子化器由雾化器、雾化室、供气系统和燃烧器四部分组成。目前应用最广的是预混合型火焰原子化器，如图3－5所示。

图3－5 预混合型火焰原子化器示意图

（1）雾化器 雾化器是预混合型原子化器的关键部分，要求喷雾稳定，产生雾珠要尽量微细和均匀（即雾化效率要高），单位时间内导入火焰的试样量要多（提升量要大），目前的商品仪器多采用气动同心雾化器。

气动同心雾化器由一根吸样毛细管和一只喷嘴组成，毛细管和喷嘴是同心的，喷嘴与吸样毛细管之间形成环形喷口，当达到音速的助燃气流由环形喷口高速喷出时，在吸样毛细管口形成负压，使试液由毛细管吸入，从管口高速喷出，形成雾珠，高速运动的雾珠撞击球上，雾珠进一步细化。

（2）雾化室 雾化室的作用是使雾珠进一步细微化并得到一个平稳的火焰环境，雾室一般作成圆筒状，内壁具有一定锥度，下面开有一个排液口，由于雾化器产生的雾珠有大有小，在雾室中，较大的雾珠由于地球重力作用重新在室内凝结成大溶珠沿内壁流入排液口排出，小雾珠则在高速运动中使其大部份溶剂蒸发除去，形成进入火焰的微粒，在雾室内与燃气均匀混合，减少了它们进入火焰时引起的火焰扰动。

（3）燃烧器 燃烧器的作用是产生火焰，被雾化的试液微粒与燃气、助燃气均匀混合后，在燃烧器上燃烧。由于火焰温度的作用，使雾珠干燥、熔融、蒸发、解离和原子化，产生大量的基态自由原子和少量激发态原子、离子和分子。为了防止燃烧器在高温下变形，燃烧器一般使用大块不锈钢制成，燃烧器上面有一条细窄的燃烧缝，缝宽与缝长根据使用的火焰性质来决定，火焰燃烧速度快的，使用较窄的燃烧缝，反之，对于燃烧速度慢的火焰，可以使用较宽的燃烧缝。如使用空气-乙炔火焰，缝长一般为100 mm，燃烧器的燃烧口之所以制成缝状，一方面为了获得较长的吸收光程，以保证原子吸收分析达到尽可能高的灵敏度，另一方面是为了避免火焰回火爆炸，保证操作。

（4）火焰 燃气和助燃气在雾花室中预混合后,在燃烧器缝口点燃形成火焰。用于原子吸收光谱分析的气体混合物有：空气-氢气、氩气-氢气、空气-丙烷、空气-乙炔和氧化亚氮-乙炔等。各种类型火焰温度如表3－1。应用最多的火焰是空气-乙炔火焰。应用最多的火焰是空气-乙炔火焰。使用空气-乙炔火焰的原子吸收光谱分析可以分析约35种元素，这种火焰的温度约为2600K，燃烧稳定，重现性好，噪声低，使用较安全，操作较简单。火焰原子化的能力不仅取决于火焰温度，还与火焰的氧化还原性有关。火焰的氧化还原性取决于燃气和助燃气的流量比。按燃助比可将火焰分为三种，如表3－2所示。

表3-1 几种类型火焰及温度

火焰类型	化学反应	温度/K
丙烷—空气焰	C3H8+5O2→3CO2+4H2O	2200
氢气—空气焰	H2+1/2O2→H2O	2300
乙炔—空气焰	C2H2+5/2O2→2CO2+H2O	2600
乙炔—氧化亚氮焰	C2H2+5N2→2CO2+H2O+5N2	3200

 

表3-2 乙炔—空气火焰的种类

火焰的种类	燃助比	火焰的性质	火焰状态	应 用 范 围
富燃火焰	约1:3	还原性	层次模糊 呈亮黄色	易氧化而形成难解离氧化物的元素如Al、Ba、Cr、Mo等
化学计量火焰	约1:4	中性	层次清楚 蓝色透明	大多数元素皆适用
贫燃火焰	约1:6	氧化性	火焰发暗 高度缩小	碱金属和不易氧化的元素如Ag、Au、Pd等

 

2、非火焰原子化器

非火焰原子化器是利用电热、阴极溅射、高频感应或激光等方法使试样中待测定元素原子化，应用最广泛的是石墨炉原子化器(图3-6)。石墨炉原子吸收光谱法（GF-AAS）的优点是：试样用量少；原子化效率几乎达到100%；基态原子在吸收区停留时间长，约为10-1s。绝对灵敏度高，但精密度较差，操作也比较复杂。管式石墨炉原子化器由加热电源、保护气控制系统和石墨管状炉组成。加热电源供给原子化器能量，电流通过石墨管产生高热高温，最高温度可达到3000℃。保护气控制系统是控制保护气的，仪器启动，保护气Ar流通，空烧完毕，切断Ar气流。外气路中的Ar气沿石墨管外壁流动，以保护石墨管不被烧蚀，内气路中Ar气从管两端流向管中心，由管中心孔流出，以有效地除去在干燥和灰化过程中产生的基体蒸气，同时保护已原子化了的原子不再被氧化。在原子化阶段，停止通气，以延长原子在吸收区内的平均停留时间，避免对原子蒸气的稀释。

图3－6 非火焰原子化器示意图

石墨炉原子化器的操作分为干燥、灰化、原子化和净化四步，由微机控制实行程序升温。图3-7为一程序升温过程的示意图。

图3-7 石墨炉升温程序

三、分光系统

原子吸收分光光度计的分光系统可分为两部分，即外光路和单色器。

外光路也称照明系统，由锐线光源和两个透镜组成。它的作用是使锐线光源辐射的共振发射线能正确地通过或聚焦于原子化区，并把透过光聚焦于单色器的入射狭缝。

单色器也称为内光路，它包括入射狭缝、光栅、凹面发射镜和出射狭缝。单色器由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成。色散元件一般都用光栅。单色器可将被测元素的共振吸收与邻近谱线分开。

分光系统

四、检测系统

检测系统包括光电倍增管、检波放大器和读出装置。它的作用是将待测光信号转换成电信号，经过检波放大、数据处理后显示结果。