横向加热平台石墨管结构性能的改进

YY3型横向加热平台石墨管结构性能的改进

程志臣¹ 聂同军¹ 陈友祎²

（1：中原石油化工有限责任公司，河南 濮阳市 457000）

（2：地质实验测试中心，北京市 100037）

 

    摘要：讨论了部分元素在YY2和YY3型横向加热平台石墨管中的原子化行为，考察了元素的灵敏度、精密度、准确性。实验表明，YY3圆形横向加热平台石墨管的结构和原子化性比较优越，可以推广使用。

    关键词：石墨炉原子吸收光谱；横向加热石墨管；原子吸收曲线

        石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）的核心问题是原子化过程。它包括原子化器的结构、材质、升温过程特性及瞬间原子吸收信号和原子化机理等^（1）。传统上石墨管的加热方式为纵向加热，这种方式易产生化学干扰，记忆效应大，原子化效率低。横向加热与纵向塞曼相结合的石墨炉1990年由美国Perkin-Elmer（PE）公司首先商品化（4100ZL型仪器），因其确有良好的分析性能，在整个90年代获得了快速的发展^（2）。但其关键而又易耗部件----“石墨管”，价格昂贵，致使分析成本太高，限制了正常的使用。原地质实验测试中心的陈友祎教授（现华体娱乐(中国)有限公司官网）多年来一直从事石墨管的研制，造诣颇深。其研制的YY1、YY2型横向加热石墨管^（3-4），性能优越，价格低廉。在此基础上，借鉴国外产品的经验，又研制了YY3型横向加热平台石墨管，分析性能又上了一个新的台阶。

 

1 实验部分

1.1仪器与主要试剂

PE5100ZL原子吸收光谱仪，带PE软件的工作站，AS-70自动进样器，铅、铜、钯、锰、镍、铬、钒的空心灯，砷无极放电灯；无极放电灯电源EDL system2;地质实验测试中心YY2型横向加热平台石墨管（用YY2表示），YY3方形横向加热平台石墨管（用YY3□表示），YY3圆形横向加热平台石墨管（用YY3О表示）。

铅、铜、钯、砷、锰、镍、铬、钒的标准储备液，均为1.000gL^-1,根据需要配制成工作溶液，均保持0.16molL^-1HNO₃酸度。

浓HNO₃和Mg（NO₃）₂均为优级纯试剂，Mg（NO₃）₂溶液：10gL^-1。

水为三次去离子水，电阻18M?以上。

氩气：Φ=99.999%纯度。

1.2 仪器的工作条件

    灯电流：铅10mA，铜15mA，锰20mA，钯30mA，镍25m A，铬25mA，钒40mA，砷EDL290mA；加调制方式；通带宽度锰和镍为0.2nm Low，其余为0.7 nm Low，钒读数时间延迟0.5s；积分方式为峰面积；石墨炉升温程序，干燥阶段两步：110℃，升温1s， 保持20s，130℃，升温1s，保持10s；清除阶段均为2400℃，升温1s，保持2s，其它条件见表1。

表1    仪器的工作条件

               Table Analytical parameters of the instrument

元素 element	λ/nm	灰化阶段ashing			原子化阶段atomizing
		T/℃	t升/S	t升/S	T/℃	t升/S	t升/S
Pb	283.3	700	10	20	1300	0	3
Cu	324.8	800	10	20	1900	0	5
As	193.7	1100	10	20	2200	0	3
Mn	279.5	1000	10	20	1900	0	3
Pd	247.6	900	10	20	2200	0	5
Ni	232.0	1100	10	20	2300	0	5
Cr	357.9	1400	10	20	2300	0	3
V	318.4	1400	10	20	2400	0	7

1.3 实验方法

各元素的标准工作溶液浓度分别为：铅、钯、钒为100µgL^-1，砷为50µgL^-1，铜、镍为25µgL^-1，锰、铬为10µgL^-1。分别用YY2和YY3□、YY3О横向加热石墨管测试，由AS—70自动进样器进样，进样量为20µl，基本改进剂Mg（NO₃）₂加入量铅、砷、锰为5µl，铬为2µl，其它测定元素不加。由仪器工作站自动存储峰形及数据，之后备用。

 

2 结果与讨论

2.1灵敏度比较

用GFAAS方法测试是，常以1%吸收时该元素的特征质量C.M（characteristic mass）来表示测试灵敏度。笔者分别测试了低温元素铅，中温元素铜、砷、钯、镍、铬和高温元素钒，其特征质量C.M见表2。

表2    各元素的特征质量（m₀）比较

Table 2 Characteristic mass （m₀） of the elements

元素 element	C.M（pg/0.0044A）
	YY2	YY3□	YY3О
Pb	39.0	23.7	23.5
Cu	14.6	10.4	10.0
As	40.0	22.6	15.1
Mn	4.0	2.7	2.5
Pd	33.8	25.8	24.6
Ni	17.1	14.5	14.8
Cr	4.4	3.3	2.7
V	51.7	/	31.1

2.2 精密度、准确度比较

 在各元素的zui佳程序温度下，分别用YY2和YY3□、YY3О横向加热石墨管测试各元素的标准工作溶液11次，计算使用不同石墨管测定各元素的相对标准偏差，结果如表3所示。然后用各元素的单一标准工作溶液和机体改进剂及空白溶液，由自动进样器稀释成标准系列作工作曲线，在指定样品处作标准加入回收实验，各元素的加标回收率均在 98%-104%之间。

表3   YY2和YY3□、YY3О的精密度比较

Table 3 Precision of tested by YY2 and YY3

元素 element	RSD/%
	YY2	YY3□	YY3О
Pb	2.28	2.16	1.91
Cu	2.74	2.03	2.04
As	1.97	1.92	1.64
Mn	1.81	1.92	1.80
Pd	2.20	2.12	2.14
Ni	2.82	2.86	2.11
Cr	3.11	2.74	2.36
V	4.77	/	3.89

YY3型管的测试精密度对中低温元素来说与YY2管基本相当，而对中高温元素则有所提高。这既是由于YY3型管高灵敏度所致，也与YY3型管基体石墨及涂层质量好有关。

2.3 使用寿命

用中温元素Mn作测试标准，每次进样工作溶液20µl，一直烧到管子用坏为止，YY2和YY3□、YY3О石墨管加热次数均为800次左右。笔者观察到都是管两端及上壁易损坏。若样品中有机成分含量高，进样孔处易积炭，引起灵敏度下降，精度变差，寿命缩短。溶液酸度太大也减少使用寿命，本文使用的是0.16molL^-1的HNO₃介质。

2.4 元素的吸收曲线轮廓

图1为在YY2和YY3□、YY3О 石墨管中，Pb、As、Cu、Mn、Pd、Ni、Cr、V在各自程序温度下的原子吸收曲线轮廓。

图1 不同元素的原子吸收曲线轮廓

Fig.1 Atomic absorption peaks of different elements

a—YY2管；b— YY3□管；c—YY3О管

     实验表明，无论是易原子化的元素，还是难原子化的元素，YY3О管的峰面积均优于YY2和YY3□，原子吸收曲线轮廓也较理想。同时，不同的元素，灵敏度提高的程度也不同。灵敏度提高的原因一是由于石墨管两端带环，延长了石墨管恒温区长度，基态原子在石墨管内停留时间变长，浓度增大；再者，YY3О管的电阻稍高，程序升温性能强于YY3□和YY2。YY3□虽然两端带环，也能够有效提高测试灵敏度，但是电阻低，测高温元素时，仪器需要功率大，若加热次数频繁，有些仪器的断电保护开关会跳闸，YY2也会出现类似的情况。因此，笔者对高温元素，没有进行较多的YY3□的试验。

 

3 结束

研制YY型横向加热石墨管的目的就是在保证较高分析性能的前提下，大幅度降低分析成本。经过近几年的摸索实践，YY型横向加热石墨管的技术亦日臻成熟。笔者认为，测试中低温元素，YY2 、YY3□和YY3О石墨管均可；测试高温元素，以YY3О石墨管为好。作者相信，在研制者和使用者的共同努力下，YY3型横向石墨管一定会成为我们分析仪器领域民族产品的一支奇葩。

 

4 参考文献

（1）       马怡载,何华焜,杨啸涛. 石墨炉原子吸收分光光度法[M].北京: 原子能出版社,1989.第1、2章

（2）       胡延吉. 原子吸收光谱仪器九十年代前半期的重大发展[J].PE中国快讯.1997, （1）:3

（3）       程志臣,王学锋,陈友祎等. 两种横向加热石墨管原子化性能的比较[J].岩矿测试.2001,20（3）:220

（4）       程志臣,杨志杰,陈友祎等. YY2型横向加热石墨管原子化性能的研究.李东方主编.微量元素研究进展（第四辑）[M].上海: 第二军医大学出版社,2001.101

 

Improve of Construction and Performance for

YY3 Transverse Heated Platform Graphite Tube

CHENG Zhichen   NIE Tongjun

Zhongyuan Petrochemical Corp. Ltd, Puyang 457000,China

Abstract: The atomization behavior of eight typical elements in YY2 and YY3 transverse heated platform graphite tube was discussed. We tested sensitivity, precision and accuracy with elements. Experiment results show that YY3 circular transverse heated platform graphite tube were more superior in construction and atomization characters, it can be expanded application.

Keywords: graphite furnace AAS ; transverse heated graphite tube; atomic absorption peak

 

作者简介：程志臣（1970—），男，工程师，现在中原石油化工有限责任公司乙烯中心实验室从事光谱分析和新项目开发，已发表论文十余篇，合著专业书一部。