YY2型橫向加熱平臺石墨管原子化性能的研究
程志臣王學(xué)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(yáng)市 457000
2：地質(zhì)實(shí)驗測試中心 北京市 100037）
摘要：研究了七種代表元素在地質(zhì)實(shí)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(xiàn)輪廓，并與美國PE公司橫向加熱石墨管（THGA管）作了比較?？疾炝似叻N元素在兩種石墨管中的靈敏度、精密度、準確度。實(shí)驗表明用國產(chǎn)（現北京友誼丹諾科技有限產(chǎn)品）YY2型橫向加熱石墨管代替PE公司THGA石墨管是完全可行的。
關(guān)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(shù)的zui重大發(fā)展。其橫向加熱石墨爐原子化器（THGA）從根本上提供了時(shí)間與空間等溫的理想環(huán)境[3]。迄今，PE公司推出的此類(lèi)儀器主要有：4100ZL、5100ZL、SIMAA6000、專(zhuān)家800等。這類(lèi)儀器的原子化器的——“石墨管”采取獨特的“十”字形結構，性能改善。作為一個(gè)關(guān)鍵而又易耗部件，它的昂貴又限制了正常的推廣使用。本著(zhù)進(jìn)口儀器配件國產(chǎn)配套的目的，筆者考察了原地質(zhì)實(shí)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?xún)?yōu)于PE石墨管，完全可以替代進(jìn)口PE石墨管。
2 . 實(shí)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(dòng)進(jìn)樣器；OKIDATA320打印機；Pb、Cd、Cr、V、Cu、Mn的空心陰極燈；As無(wú)極放電燈；無(wú)極放電燈燈電源EDL SYSTEM2；PE橫向加熱石墨管（用PE Tube表示）；地質(zhì)實(shí)驗測試中心YY2型橫向加熱石墨管（用YY2 Tube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(yōu)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(shí)間延遲0.5s；積分方式：峰面積；其它條件見(jiàn)表1。
表1 儀器的工作條件
|
元素 |
波長(cháng) （nm） |
干燥階段 |
灰化階段 |
原子化階段 |
清除階段 |
|||||||||||
|
溫度 （℃） |
升 溫 時(shí) 間 （s） |
保 持 時(shí) 間 （s） |
溫度（℃） |
升溫時(shí)間（s） |
保持時(shí)間（s） |
溫度 （℃） |
升 溫 時(shí) 間 （s） |
保 持 時(shí) 間 （s） |
溫度（℃） |
升溫時(shí)間（s） |
保持時(shí)間（s） |
溫度（℃） |
升 溫 時(shí) 間 （s） |
保 持 時(shí) 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(shí)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(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣，進(jìn)樣量統一為20μl，基體改進(jìn)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(dòng)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(shí)，常以1％吸收時(shí)該元素的特征質(zhì)量m0來(lái)表示測量靈敏度，在對YY2 Tube和PE Tube的溫度程序優(yōu)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(zhì)量m0見(jiàn)表2。
表2各元素的特征質(zhì)量m0
|
元素 |
m0（Pg/0.0044A） |
推薦指標 |
|
|
YY2 Tube |
PE Tube |
||
|
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 YY2 Tube和PE Tube的精密度、準確度比較
在各元素的zui佳程序溫度下，分別用YY2 Tube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(xiàn)，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 |
YY2 Tube |
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 |
|||
YY2 Tube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(gè)石墨表面，減少活性碳格點(diǎn)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(guān)測和研究各種材料石墨管在原子化過(guò)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(shuō)明YY2 Tube的熱解石墨性能是值得信賴(lài)的。
3.3 YY2 Tube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(jìn)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(zhì)。
YY2 Tube較PE Tube使用壽命長(cháng)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(zhì)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(xiàn)輪廓
圖1為在YY2 Tube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(xiàn)輪廓。
實(shí)驗表明，原子化程度無(wú)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(xiàn)輪廓也較理想。只是中高溫元素Cr、V這類(lèi)難于原子化的元素，其峰形沒(méi)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(shí)，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(xiàn)，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(shuō)明其質(zhì)量可靠，技術(shù)已趨成熟。只是中高溫元素吸收峰沒(méi)有在PE Tube中尖銳。但用GFAAS測試時(shí)，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(jià)格上又有很大的使用價(jià)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(chǎng)合下，用YY2 Tube替代PE Tube是完全可行的。
參考文獻
[1] 陳友祎,李家熙,“無(wú)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(xué)》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(fā)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(jiǎn)介：
程志臣，男，1970年生，工程師，長(cháng)期從事光譜分析和新項目開(kāi)發(fā)，已發(fā)表論文多篇。
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