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橫向加熱平臺石墨管原子化性能的研究

更新時間：2010-07-03 點擊次數：5603

YY₂型橫向加熱平臺石墨管原子化性能的研究

程志臣王學峰楊志杰聶同軍劉鳳蓮¹ 陳友祎²

（1:中原石油化工有限責任公司濮陽市 457000

2：國家地質實驗測試中心北京市 100037）

摘要：研究了七種代表元素在國家地質實驗測試中心陳友祎教授（現北京友誼丹諾科技有限公司總）研制的YY₂型橫向加熱石墨管中的原子吸收曲線輪廓，并與美國PE公司橫向加熱石墨管（THGA管）作了比較。考察了七種元素在兩種石墨管中的靈敏度、精密度、準確度。實驗表明用國產（現北京友誼丹諾科技有限產品）YY₂型橫向加熱石墨管代替PE公司THGA石墨管是*可行的。

關鍵詞：石墨爐原子吸收光譜橫向加熱石墨管原子化性能

1. 引言

作者在以往研究的基礎上^[1][2]，探討了橫向加熱石墨爐原子化器的性能指標。橫向加熱與縱向塞曼（THGA/ZL）相結合是美國PE公司九十年代原子光譜分析技術的zui重大發展。其橫向加熱石墨爐原子化器（THGA）從根本上提供了時間與空間等溫的理想環境^[3]。迄今，PE公司推出的此類儀器主要有：4100ZL、5100ZL、SIMAA6000、專家800等。這類儀器的原子化器的——“石墨管”采取*的“十”字形結構，性能改善。作為一個關鍵而又易耗部件，它的昂貴又限制了正常的推廣使用。本著進口儀器配件國產配套的目的，筆者考察了原國家地質實驗測試中心陳友袆教授（現北京友誼丹諾科技有限公司總）研制的YY₂型橫向加熱（ZL）石墨管，并與PE公司的THGA管作了比較，結果表明YY₂型橫向加熱石墨管的性能基本上能與PE公司的相媲美，某些方面還稍優于PE石墨管，*可以替代進口PE石墨管。

2 . 實驗部分

2.1 儀器及試劑

美國PE公司的5100ZL原子吸收光譜儀；帶PE軟件的工作站；AS－70自動進樣器；OKIDATA320打印機；Pb、Cd、Cr、V、Cu、Mn的空心陰極燈；As無極放電燈；無極放電燈燈電源EDL SYSTEM2；PE橫向加熱石墨管（用PE Tube表示）；國家地質實驗測試中心YY₂型橫向加熱石墨管（用YY₂Tube表示）。

Pb、Cd、Cr、V、Cu、As、Mn的標準貯備液，均為1.000g/L，根據需要配制成使用溶液，均保持1％HNO₃（v／v）酸度；濃硝酸和硝酸鎂均為優級純，Mg（NO3）₂配成10.0g/L溶液備用；水：三次去離子水，電阻18兆歐以上；氬氣：99.999%純度。

2.2 儀器的工作條件

燈電流：Pb：10mA；Cd:6mA；As：EDL 290mA，加調制方式；Cu：15mA；Mn：20mA；Cr：25mA；V：40mA；通帶Mn為0.2nm Low，其余為0.7nm Low；V讀數時間延遲0.5s；積分方式：峰面積；其它條件見表1。

表1 儀器的工作條件

元素	波長（nm）	干燥階段						灰化階段			原子化階段			清除階段
元素	波長（nm）	溫度（℃）	升溫時間（s）	保持時間（s）	溫度（℃）	升溫時間（s）	保持時間（s）	溫度（℃）	升溫時間（s）	保持時間（s）	溫度（℃）	升溫時間（s）	保持時間（s）	溫度（℃）	升溫時間（s）	保持時間（s）
Pb	283.3	110	1	20	130	1	10	600	10	20	1500 （1200）	0	3	2400	1	2
Cd	228.8	110	1	20	130	1	10	250	10	20	1200 （1000）	0	3	2400	1	2
As	193.7	110	1	20	130	1	10	750 （1000）	10	20	2000 （2200）	0	3	2400	1	2
Cu	324.8	110	1	20	130	1	10	1000 （800）	10	20	1900	0	5	2400	1	2
Mn	279.5	110	1	20	130	1	10	1000	10	20	1900 （1700）	0	3	2400	1	2
Cr	357.9	110	1	20	130	1	10	1300	10	20	2200 （2300）	0	5	2400	1	2
V	318.4	110	1	20	130	1	10	1400	10	20	2500	0	7	2500	1	2

注：括號（）里面的數字為YY₂的溫度

2.3 實驗操作

各元素的標準使用液濃度分別為：Pb,100μg/L；As,100μg/L;Cd,5μg/L;Cu,50μg/L;Mn, 10μg/L;Cr,25μg/L;V,100μg/L。分別用PE Tube和 YY₂ Tube測試，由As-70自動進樣器進樣，進樣量統一為20μl，基體改進劑Mg（NO3）₂加入量分別為Pb：5μl;As:5μl,Mn:5μl，其它不加。由儀器工作站自動存貯峰形及數據，之后備用。

3 結果與討論

3.1 YY₂ Tube和PE Tube的靈敏度比較

用GFAAS測試時，常以1％吸收時該元素的特征質量m₀來表示測量靈敏度，在對YY₂ Tube和PE Tube的溫度程序優化后，筆者分別考察了低溫元素Pb、Cd；中溫元素As、Cu、Mn；中高溫元素Cr和高溫元素V，其特征質量m₀見表2。

表2各元素的特征質量m₀

元素	m₀（Pg/0.0044A）		推薦指標
元素	YY₂ Tube	PE Tube	推薦指標
Pb	28.7	30.0	30.0
Cd	1.3	1.4	1.3
As	30.0	34.4	40.0
Cu	16.3	17.0	17.0
Mn	4.6	5.4	6.3
Cr	4.7	5.9	7.0
V	41.1	52.5	42.0

3.2 YY₂Tube和PE Tube的精密度、準確度比較

在各元素的*程序溫度下，分別用YY₂Tube和PE Tube各測試11次，得出石墨管對應各元素的相對標準偏差，然后用各元素的單一標液作工作曲線，并測試三次回收率，結果如表3所示。

表3 YY₂ Tube 和PE Tube 的精密度、準確度比較

元素	RSD（%）		加標回收率（%）
	YY₂ Tube	PE Tube	YY₂Tube	PE Tube
Pb	2.17	1.81	97.80	98.21
			98.49	98.45
			102.35	98.16
Cd	2.20	2.35	98.35	97.25
			99.21	98.34
			97.89	101.22
As	1.82	2.10	101.35	98.95
			103.42	103.21
			99.67	98.72
Cu	2.56	3.54	98.52	101.12
			100.73	98.35
			99.49	98.66
Mn	2.12	2.16	100.04	99.26
			98.62	101.32
			98.54	99.68
Cr	3.18	2.41	100.21	99.89
			99.20	100.18
			98.45	99.24
V	4.77	4.49	104.92	101.89
			102.15	103.42
			103.89	100.55

YY₂Tube和PE Tube用的都是熱解石墨，熱解石墨形成六角晶系定向排列，構成大片覆蓋在整個石墨表面，減少活性碳格點數，有效減少了溶液或原子蒸氣的表面滲透。PE公司Welz等人曾用掃描電鏡詳細觀測和研究各種材料石墨管在原子化過程表面的變化^[4]。YY₂ Tube的精密度、靈敏度、準確度都不亞于PE Tube，說明YY₂ Tube的熱解石墨性能是值得信賴的。

3.3 YY₂Tube和PE Tube的使用壽命

用中溫元素Mn作測試標準，在各自程序溫度下，對YY₂ Tube和PE Tube分別加熱，每次進樣為濃度10μg/L的Mn標液20μl，一直燒到管子用壞為止，YY₂ Tube加熱次數為800次以上，PE Tube約為380次左右。溶液酸度太大也減少使用壽命，PE公司推薦多數使用0.2%的酸度，筆者使用的是1%的HNO₃介質。

YY₂ Tube較PE Tube使用壽命長的主要原因在于兩種管子的基體石墨基本相同，而YY₂ Tube熱解石墨涂層稍厚于PE Tube，YY₂ Tube平均質量為2.8804g, PE Tube為2.6177g,且YY₂ Tube的L^vov平臺用的是全熱解石墨，不易損壞。

3.4 兩種石墨管中各元素的吸收曲線輪廓

圖1為在YY₂Tube和PE Tube中，Pb、Cd、As、Cu、Mn、Cr、V在各自程序溫度下的原子吸收曲線輪廓。

實驗表明，原子化程度無論難易，采用峰面積積分，YY₂ Tube的靈敏度都稍強于PE Tube，精度也符合要求，曲線輪廓也較理想。只是中高溫元素Cr、V這類難于原子化的元素，其峰形沒有在PE Tube中尖銳，如圖1（6）、（7）所示。筆者認為這主要由于YY₂ Tube的電阻稍低于PE Tube，在用zui大功率加熱時，其升溫速率稍欠于PE Tube，但由于其熱解涂層厚而致密，吸收峰也能較快的回到基線，面積吸光度還高于在PE Tube中。

4 結論

相比PE Tube而言，YY₂ Tube的原子化性能都很理想，說明其質量可靠，技術已趨成熟。只是中高溫元素吸收峰沒有在PE Tube中尖銳。但用GFAAS測試時，基本上都采用峰面積積分，所以并不影響其測試性能，且從其壽命及價格上又有很大的使用價值，一支PE Tube比YY₂ Tube貴4～5倍，而YY₂ Tube的壽命是PE Tube的2倍多。因此，筆者認為在許多場合下，用YY₂Tube替代PE Tube是*可行的。

參考文獻

[1] 陳友祎,李家熙,“無火焰原子吸收光譜法測定礦物中的15種稀土元素”，《分析化學》7（1）,7（1979）

[2] 陳友祎,劉勇,“電熱石墨爐原子吸收法測定巖石礦物中痕量釩”，《巖礦測試》6（2）,116（1987）

[3] 胡延吉，“原子吸收光譜儀九十年代前半期的重大發展”，《PE中國快訊》1,3（1997）

[4] W.Welz,G.Schlemmer,H.Mspectrose.12,111-245（1989）

Study of Atomization characters

for YY2 Transverse Heated Graphite Tube

CHENG zhichen WANG xuefeng YANG zhijie NIE tongjun LIU fenglian

（zhongyuan petrochemical crop.,ltd.PUYANG 457000）

CHEN youyi

（national research center of geo-analysis Beijing 100037）

Abstract:Zhe atomization behaveior of seven typical elements in YY2 transverse heated graphite tube that was researched and produced by National Research Center of Geo-analysis have been studied,and compared with THGA tube that was made of Perkin-Elmer co,.We tested sensitivity,precision and accnracy with seven elements in two type of graphite tube.Experiment resnlts show it can replace PE graphite tube with national products.

Keywords:graphite furnace AAS; transverse heated graphite tube （THGA tube）;atomization characters

作者簡介：

程志臣，男，1970年生，工程師，長期從事光譜分析和新項目開發，已發表論文多篇。

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陳友祎北京市海淀區小西天志強南園一號塔樓803室北京友誼丹諾科技有限公司

：（兼錄音傳真）