氢化物发生器与原子吸收光谱仪的联用分析

氢化物发生进样方法，是指利用某些能产生原生态氢的还原剂或通过化学反应，将样品溶液中的待测组分还原为挥发性共价氢化物，然后借助载气流将其导入原子化器分析系统进行测量的方式。它能达到富集、消除和减轻主成分对测定的影响，改善痕量分析灵敏度的效果。

氢化物发生早期采用活泼金属锌与盐酸或硫酸的反应体系，在酸性试样溶液中加入锌粒，锌与酸反应产生的新生态氢与溶液中的氢化元素离子反应产生氢化物。砷、锑、铋、硒、碲可用此法产生氢化物，但不同元素、元素的不同价态或化学形态有不同的反应速率和氢化物产率，各自有其合适的酸度。

20世纪70年代起，氢化物发生采用硼氢化钠（或钾）与酸的反应体系，氢化元素进一步增加到锗、锡、铅。采用硼氢化物时，也可在强碱性试样溶液中加入硼氢化物溶液，然后再与酸作用，产生氢化物。这种方法可避免试样中铁、铜等共存物对氢化物发生反应的干扰。

研究还表明，硼氢化物酸体系还可使锌、镉、铜、银、金、铟、铊、钯、铂等元素产生挥发性化合物，但它们是氢化物还是冷原子蒸气尚未明了，学术上统称为“蒸气发生”。

随着科学技术的不断进步，氢化物发生作为一种进样技术，与现代很多测定技术相结合，经过不断的试验和优化，已经发展成了一系列的分析体系。

国国家标准中有30多个有关食品、化工产品、环境等试样中砷的分析方法标准，规定在酸性试样溶液中加入锌粒，产生的砷化氢导入二乙基二硫代氨基甲酸银溶液中，产生红色的新生态银胶体溶液，用光度法测定。

氢化物发生与原子吸收光谱、原子荧光光谱、电感耦合等离子体(ICP)光源、ICP质谱等测定方法联用是氢化元素痕量分析最重要的方法。氢化元素的不同化学形态参与氢化物发生反应的行为不同，多采用色谱法使它们分离后测定，称为氢化元素的形态分析。

氢化元素有的以毒性著称，有的是人体必要的微量元素，有的是半导体材料，有的微量存在就会使催化剂中毒或对钢铁等材料性能有重要影响，因此氢化物发生法在环境科学、人体保健与致病机理研究、材料科学、药物、食品、化工、化妆品等领域中的分析化学中有重要的应用。

本文主要讲述氢化物发生-原子吸收光谱法分析过程中一些注意事项及故障判断排除思路（仅供参考）。北京浩天晖仪器推荐HGA-800/900系列氢化物发生器。

• 检测原理与检测对象

在原子吸收光谱光分析中，以氢化物发生器作为进样和反应输送系统，通过电热石英原子化器与原子吸收光谱仪的光路对接，从而利用原子吸收光谱仪分析系统对元素进行含量测定的方法，统称为氢化物发生-原子吸收光谱法。

氢化物发生-原子吸收光谱法主要针对As（砷）、Hg（汞）、Se（硒）、Te（碲）、Sb（锑）、Bi（铋）、Ge（锗）、Sn（锡）、Pb（铅）、Cd（镉）这几种易形成氢化物的元素含量进行痕量分析，其中大部分元素用常规度火焰分析会有强烈的背景干扰，而用石墨炉分析则容易因其低沸点造成挥发损失。

• 分析特性

氢化物发生法因其待测元素形成的氢化物易于挥发，热稳定性差（容易原子化）的特点，只需要将其通过惰性载气（高纯氩）导入电热原子化器（900℃左右），再利用原子吸收光谱仪进行检测即可。

相对原子吸收光谱火焰法或石墨炉法来说，氢化物发生-原子吸收光谱法具有更高的灵敏度（预富集性）、更少的元素干扰（预分离，干扰元素难以形成氢化物共存）和更低的背景干扰（石英原子化器氩气屏蔽环境，温度低发射少）。

但是，干扰少不等于没有干扰，其中有的干扰严重时甚至会导致没有检测灵敏度，所以有必要了解和解决干扰来源。

• 干扰来源与消除

在氢化物发生法进行分析过程中，其干扰来源主要有液相干扰和气相干扰。

（1）液相干扰：溶液中干扰元素与还原剂反应，不仅降低还原剂浓度，还有可能与待测元素共沉淀，甚至产生的化合物与待测元素形成稳定的络合物，从而抑制了待测元素氢化物的产生；

（2）气相干扰：溶液中干扰元素产生的氢化物气体与待测元素氢化物气体一起被载气带入原子化器，在原子化过程中带来的干扰。

（3）干扰的消除：

氢化物发生条件与还原剂浓度、待测溶液的酸度有很严格的相关性，每种元素的氢化物形成具有其特定条件，控制好条件，可以最大限度提高其灵敏度和部分抑制其它干扰元素的氢化物形成；

其次，根据待测溶液中干扰离子的种类加入相应的隐蔽剂，比如：EDTA+硫脲+抗坏血酸可以消除铜、锌、镍、钴对砷、汞、硒、铋、锑的干扰；三价铁+硫脲+碘化钾可以消除铜、镍、钴、铂、金对铋、镉、碲的干扰；

若待测溶液中干扰离子占据主要成分，没有合适的试剂进行隐蔽或络合，则只能通过前处理将待测元素与干扰元素进行预分离后再上机测试。

对于氢化物发生-原子吸收光谱法来说，一般进样系统是作为一个单体整机，统称为氢化物发生器，与原子吸收光谱仪联用，以便于用户自由选择和厂家维修，但这样也带来不便，每次使用前必须先将氢化物发生器与原子吸收光谱仪进行联动对接，不用时则将发生器另行摆放收好，以便进行原子吸收火焰法或石墨炉法测试。

• 发生器的选择与搭配

对于销售和采购来说，必须得明白自己的氢化物发生器或者原子吸收光谱仪是否能适合搭配使用，其关键在于2点：

一是硬件，因为我们必须将发生器的石英原子化器装载到原子吸收的火焰原子化器（钛燃烧头）上，且能使光路通过石英原子化器，这是前提条件，也就是说原子吸收的燃烧头高低、前后、角度是否可调且满足前提条件。

二是软件，一般氢化物发生器测定时积分计算模式都是峰高或者峰面积，所以首先软件上必须可选火焰法且能选择峰面积或者峰高积分模式，其次，软件可以允许在不点火情况下进行测量。特别是一些国外品牌的原子吸收光谱，为了减少用户的误操作，其软件设计的傻瓜式操作特性，比如火焰法测定时是平均积分模式，不可更改，或者不点火不能进行测量等，有的软件虽然可选氢化物法，但有可能只能搭配自家的发生器型号等等。

• 发生器的使用条件及正确对接

虽然国产发生器最初起源于我公司吴廷照教授之手，但随着时代的变迁与发展，现在的氢化物发生器也算是百花齐放，所以发生器的详细操作规程也有所不同，不过，有以下2点应该是差不多的。 

A、气压要求：

氢化物发生器因必须使用载气，那么其压力必须有要求，每个氢化物厂家的要求可能有所差别，但要注意的是，有的发生器内部有很多连接软管，因发生器进气口并没有设计压力控制阀，所以气瓶出口压力一定要按厂家说明书设置，否则压力过大会冲爆管路。

B、石英原子化器装载：

在将石英原子化器前装载到原子吸收光谱仪器上之前，第一步先在燃烧头处于光路上时，先扫描待测元素波长；第二步将石英原子化器装载到燃烧头上，然后根据元素灯入射光斑位置调节燃烧头高低前后和角度，使光斑对齐石英原子化器入口；第三步根据软件上通过石英原子化器的光斑能量透过率进行原子化器位置的微调，最终使能量透过率最大（能量大小转折点）为止。

使用仪器对样品进行检测，我们要得到一个准确可靠的分析数据，首先要保证仪器的性能符合要求，然后才能保证后续问题与此无关。其次肯定离不开参比的对照，对原子吸收光谱来说，也就是标准曲线的建立，曲线的线性与单点的重复性直接影响样品的检测结果，除此之外，操作人员配制溶液的手法及样品的前处理方法都很关键，因素很多，因此了解和学习样品分析背后的相关逻辑影响，有助于寻找问题的根源，从而解决问题。

以下几个要求，是样品准确分析的前提。

• 仪器的稳定性

这是仪器性能的一个重要指标，直接影响到样品结果的重复性、稳定性不行的话，同一个样品溶液在不同时间段测得结果差异很大，怎么能确定其真值呢？所以稳定性是首要条件。

注意仪器安装环境要符合厂家要求，对于氢化物原子吸收法来说（建议外接稳压电源），其稳定性包含3个方面：

A、原子吸收主机的性能指标：以铜元素空心阴极灯30分钟静态漂移和噪声作为依据（参考国标）；

B、待测元素灯的性能指标：在A符合要求的情况下，换上待测元素灯，看其30分钟漂移和噪声状态（参考国标）

C、  氢化物发生器性能指标：在A和B符合要求的情况下，将发生器和主机联机测定待测元素某一浓度的吸收值，当吸收值在0.1A以上时，其7次测定相对标准偏差建议在2%以内。

• 标准曲线浓度范围

每个元素都有其对应的线性范围，只有在线性范围内，浓度与吸光度才呈正比关系，只有当样品吸收值落在线性区间之内，才是样品测定结果可靠的前提。

线性范围的宽窄除了受该元素本身性质的影响外，还受仪器性能和测定方法的影响，低于一定浓度（曲线上翘）或者高于一定浓度（曲线下弯），都会发生曲线弯曲现象，所以确定其线性区间是必须要做的。

当不知道该元素线性范围的情况下，可配制一个浓度为10ug/L的溶液（带空白扣除），根据测定方法上机测试其吸收值A，其值A不应低于0.05，且不能高于1。若不在范围内，则根据测定值提高或降低浓度（根据浓度与吸光度正比关系做相应的变化），直到确定好最低吸光度为0.05A左右的浓度点，然后按20倍最低浓度作为最高浓度点，在这区间内配制多个浓度点（5-10个），然后从低到高依次测其吸光度，建立曲线。

建立好标准曲线后，仪器上都会默认显示其线性一次方程：A=Ck+b，其中C为浓度，A为该浓度对应的吸光度，k为曲线斜率（灵敏度），b为曲线的截距。

在扣除空白的情况下，一条好的标准曲线判断有2点：

A、线性相关系数R值：R的满值为1，建议控制在0.999以上，最差不能低于0.995；

B、截距：理论上截距为0为最好，建议控制在0.005以内，最差不能超过0.01。

当满足线性要求情况下的，那么标准曲线线性范围的浓度上限也就确定了，剩下的就是确定线性范围的浓度下限，一般以该元素的10倍检出限作为浓度下限。

• 仪器检出限

检出限字面上的意思就是能够检出的极限，在氢化物原子吸收中，也就是仪器能够检出的最低浓度。其计算方式为3倍空白值的标准偏差除以曲线的斜率。

检出限是原子吸收分析中一个极重要的指标，直接关系到样品待测元素含量是否能够检出，结果是否可靠的关键。

所以，在用仪器分析样品前，第一步要做的就是计算出该仪器待测元素的仪器检出限，然后才能根据待测样品含量制定合理的前处理方案。

• 样品前处理的制定

这里主要指该称取多少样品和定容到多少体积的判定。

这里有个问题：实际测试的样品含量根本是未知的，怎么判断？由于氢化物检测的对象多为食品，医疗和环保方面的样品，关乎人类身体健康，所以国家都有相关卫生标准限量值，我们要利用的就是该限值。

举个例子：在氢化物原子吸收法中，该仪器砷的检出限为0.15ug/L，而食品中砷的限量卫生标准为0.2mg/kg，假定该样品砷含量为限值的二分之一，也就是含量为0.1mg/kg，我们称取0.2g该样品，用微波消解处理后，定容至10毫升，那么计算其浓度为2ug/L，该浓度完全可以检测出来（一般样品浓度大于检出限的5-10倍以上（但最高不能超出线性范围，否则稀释），其检测结果则可靠），说明此前处理取样和定容取值肯定适用该样品的测定。

这里说明一下，为什么取限值的二分之一值来计算判断，我个人的想法是，根据该取值计算的前处理方法（针对称样和定容）来套用的未知样品的该元素含量都测不出来的话，说明肯定不会超标，完全可以当做未检出处理了（样品误差不可能还超过50%吧？如果是，那就不是这个问题导致的了^^），当然前提是称样准确可靠，前处理没有损失，待测元素也没有干扰（可以通过加标回收率判断或者带质控样同时测定）。

利用氢化物发生器与原子吸收进行样品分析过程中，对于初次接触的人来说，常常会遇到这样那样的问题，那么，需要根据出现的问题反向思考上下层的逻辑关系，一步步排除，寻找问题的根源，则会使问题简单化，从而找到解决的办法。

对于那些比较明显的问题比如发生器无法启动或者元素灯不亮之类就不在这里细说了，直接联系厂家就可以。

本文只在对仪器看似正常运行的情况下遇到的一些问题进行简单的说明。

    解决思路从简单到复杂去检查与灵敏度相关的因素

问题一：标准溶液系列没有灵敏度，所有浓度点吸收值和空白吸收值差别不大。

第一步，查看待测元素空心阴极灯灯是否错误（带编码识别的这步省略）；

第二步，查看仪器扫描波长是否与方法测定波长一致；

第三步，查看软件条件设置是否符合厂家要求；

第四步，检查石英原子化器位置是否正确（元素灯能量从石英管通过）；

第五步，对除汞以外的元素，检查石英原子化器是否有进行加热，其电压是否达到厂家要求；

第六步，检查氢化物发生器混合气输出软管是否连接石英原子化器；

第七步，检查气液分离器是否水封；

第八步，检查载气流量是否符合厂家要求；

第九步，分别测量还原剂（1-2ml）和样品管（1-2ml）及载流管（4-7ml）的每次吸入量是否达到要求标准；

以上几步操作简单，所以先行检查，如果都正常，基本上可以确定仪器方面没有问题。

剩下的就是试剂和配制方面的问题了，这个较为复杂。

试剂方面的问题：

1、  还原剂是否失效，一般氢化物分析中，基本上使用硼氢化钾（防止受潮）作为还原剂，而且是现配现用，建议放置时间不超过24小时；

2、   酸的种类和溶液酸度是否正确（对比方法），对某些元素来说，酸度范围很窄，务必保持与方法一致；

3、   如果是新换试剂后出现的问题，还得考虑新的试剂是否有问题；

4、   某些元素可能还得加入其它试剂来提高其稳定性和灵敏度，这些试剂对否；

5、   有的元素需要预还原处理，所使用的还原剂是否有效；

配制方面的问题：

1、  配制时是否拿错待测元素的溶液；

2、  稀释倍数是否错误（浓度小于检出限）；

3、  是否按照方法严格操作，是否遗漏某步骤或者操作不到位，比如测砷时，是需要预还原的（5价变3价）；

    如果以上的情况都已一一确认，那么剩下唯一的问题就是发生器管路有污染，可以试着用100ml20%的硝酸溶液进行清洗，将除了硼氢化钾吸液管以外的其它吸液管（样品管和载流管）放进洗液中，将100ml洗液吸光为止，再用100ml纯水吸入清洗，应该可以解决，否则只能更换管路或寄回厂家维修。

    另外说明一下，如果有条件，可以试着换个元素测试是否正常，除非硼氢化钾还原剂有问题，换一个配制条件不同的元素测定，如果正常的话，说明2点：1是还原剂没有问题，问题在于其它试剂或者管路污染（有的污染只针对某种元素）；2是可以确保仪器运行正常，不正常的话，所有元素都会没有任何灵敏度。

问题二：标准曲线系列有梯度，成线性，就是灵敏度低。

这个一般与测定方法有很大关系，国标中有的方法虽然操作简单快速，但并没有达到该元素的最佳灵敏度条件，或者由于测试人员细节处理上没有到位，不妨换个方法试试对比一下。

另外一个可能就是石英原子化器温度不够，可以将加热电压稍微往上调，但注意，太高会烧毁，最好先询问仪器厂家确认调节上限。

问题三：标准溶液多次测量的重复性很差，不稳定。

改善测量稳定性方法：

1、  适当降低硼氢化钾还原剂的配制浓度，但灵敏度会有所下降；

2、  适当提高载气流量，但灵敏度有可能下降，也有可能上升，与元素相关；

3、  如果气液分离器内在测量时出现水环上升现象，则会影响测试稳定性，这是因为内壁过脏，此时需要对分离器进行清洗：断开石英原子化器连接管路，堵住废液排放管，然后空置还原剂管，利用样品管和载流管吸入20%硝酸溶液，直到分离管内水面过半，放置24小时后恢复正常即可。

问题四：标准溶液吸收值重复性很好，线性也不错，但样品溶液吸收值重复性很差。

这个问题一般与样品溶液处理不完全或者样品基体复杂，溶液粘度很大有关，严重时甚至可在气液分离器里观察到很多泡沫随着载气进入原子化器。如果确认处理完全，那么只能加入消泡剂解决。消泡剂尽量选择水溶性复配型，添加量通过实验确定，也可加入乙醇试试。

问题五：曲线很好，稳定性也不错，但样品分析结果不准确。

这个问题比较复杂，不过肯定与分析方法或者分析人员自身经验手法有很大关系，这里我只说几点：

1、  关于分析方法，一般都会参照国标方法，大多数还是比较可靠的，但其中一些样品只归于国标中大类，但并不一定适用于此种样品的测试，这时就需要分析人员自己改善实验条件，分析原因，那么化验员的经验和基础就非常重要；

2、  即使方法没问题，但方法中一些细节问题不可能描述得那么清楚，或者容易让人忽略，比如消解赶酸，很容易造成赶不尽或者温度过高损失问题；

3、  有没有带空白测量，样品处理时加入的试剂比较多，随同做空白非常重要，样品酸度是否与标准浓度一致，酸度不同，灵敏度不同，保持标样与样品酸度一样非常重要；

4、  试剂的纯度，容器的准度和净度，样品处理过程中是否有带入污染等等；

5、  称样是否准确，样品是否需要烘干，干燥完全与否；

    本文是由我公司应用实验室主任罗工起草，以氢化物发生器与原子吸收光谱仪联用方面的实际应用经验以及使用客户方面的常规问题进行汇总分享，可以给予广大客户进行参考借鉴，如有其他疑问，可以随时与北京浩天晖仪器有限公司取得联系。