石墨管中使用寿命检测方案

v学术与经验 影响石墨炉原子吸收分光光度计石墨管寿命主要因素的分析 李晓华 摘 要 本文通过对石墨炉原子吸收分光光度计工作原理、工艺操作及仪器维护保养等方面的说明，分析影响石墨管使用寿命的主要因素，找到了解决问题的途径，改善了仪器的测试条件和延长石墨管使用寿命，达到了减少损耗，节约检测成本的目的。 关键词 原子吸收分光光度计 石墨套石墨锥 石墨管 前言 原子吸收分光光度计是实验室通用分析仪器，用于分析多种金属元素和非金属元素，它具有精度高、安全可靠、测试快捷、操作简便和检测过程不受被测样品挥发及燃烧时产生烟雾干扰的优点。在地质、冶金、建材、石化、环保、卫生防疫、医药生物、农牧林业及食品等领域得到广泛的应用。 石墨炉原子吸收分光光度计系日本岛津公司生产，它依靠自身的特点，多年来在工厂、实验室和科研机构已经得到广泛应用。但由于石墨套、石墨锥和石墨管等消耗品价格昂贵(约合人民币七千元)，往往由于人为或环境因素制约了这些消耗品的使用寿命。所以，详细了解分析 影响石墨套、石墨锥和石墨管使用寿命的主要因素，有助于延长这三种消耗品的使用寿命，降低仪器检测成本。 2 石墨炉式原子吸收分光光度计工作原理 原子吸收分光光度计主要由光源、原子化器系统、光学系统、电学系统等四个基本部分组成。其工作原理：光源发出特征光谱辐射，经过原子化器室后，被样品蒸汽中的待测元素基态原子所吸收，分光系统得到单色光，到达检测器被光电倍增接收，通过测定特征光辐射被吸收的大小，求出被测元素的含量，经终端电脑数据处理，最后打印出被测物质的数据和曲线。原子化器没有添加样品时，特征光谱通过原子化器的光没有被吸收，透光率为100%，当原子化器有添加样品时，特征光谱通过原子化器的光有一部分被吸收，透光率会减小。根据朗伯-比尔定律，吸光度与样品浓度成正比，因此参照标准，根据吸光度可得出样品的浓度。石墨炉原子化器如图1所示，由石墨套、石墨锥、石墨管、冷却块、石英窗、温度探头等组成。电流通过由左冷却块、石墨套、石墨管、石墨锥、右冷却块构成的电流环路给石墨管加热而使被检样品原子化。 外气路 内气路 图1石墨炉原化器 1-左冷却块 2、6-石英窗 3-石墨套 8-右冷却块 9-加样口 3 影响石墨管使用寿命的主要因素 影响石墨管使用寿命，除石墨管自身质量的优劣外，还有被检测样品的多样性、氩气质量的纯度和流量控制、石墨炉温度检测、仪器冷却水温度和流量、仪器有否定期清洁和保养、以及石墨套、石墨锥、石墨管三者安装是否正确等，都是影响石墨管使用寿命因素： 3.1 检测样品多样性的影响 石墨炉法根据待测样品中待测元素的不同、浓度和剂量的不同，对石墨管的损耗程度也不同. 3.1.1 待测元素的不同 当待测元素为低温元素时，例：Ph，Se，Zn，K，Mg 等元素，石墨管升温的温度较低，对石墨管的损耗也较小，当待测元素为高温元素时，例：Mn，Cu，Ag等元素，石墨管升温的温度较高，对石墨管的损耗也较大。当待测元素为易形成碳化物的元素和石墨管的主要组成碳结合元素时，例：Ni，Ca，Ti，Si， V 和 Mo时，我们选用热解 石墨管就要比选用普通高密石墨管要耐用得多，且灵敏度大为提高。因为石墨管具有多孔的特性，液体样品在石墨管壁会有一定的渗透。普通高密石墨管中，样品容易渗透到石墨中，造成待测元素与碳之间有较大的接触面积。石墨管易高温氧化损伤，热解石墨管是在高密石墨管的表面用 CVD 方法进行热解，而具有金属般光泽的表面，样品在管壁渗透较少。由于接触面积小，不仅使石墨管表面不易高温氧化，且抑制了碳化物的形成，提高了灵敏度。所以当我们测高温元素和易形成碳化物的元素及石墨管的主要组成碳结合元素时，选用热解石墨管利于减少石墨管的损耗。 3.1.2 样品浓度和剂量的不同 当待测样品浓度较高，剂量较大时，高温化后在石墨套、石墨锥、石墨管中产生沉积杂质碳化物，影响石墨炉的电阻率，从而加大了石墨炉升温的电流，加速了石墨管的损耗，大大缩短了石墨管的使用寿命。所以测量浓度较高和剂量 较大的样品较频繁时，对石墨套、石墨锥、石墨管及时认真地清洁更显得尤其重要和必要。 3.2 氩气的质量和流量的影响 氩气属于惰性气体，在石墨炉中的作用为防止石墨管在高温下氧化。 为充分地保护石墨管使石墨管在高温下与氧气隔离，流经石墨管的氩气如图1所示，分为内气流和外气流，内气流从左右两侧流入，向上从石墨管的样品注入孔流出。外气流通过石墨套和石墨锥上的小孔，在石墨管的外表面及石墨套和石墨锥的内表面之间流过。石墨管在高温加热时内外表面都充满了氩气，所以氩气质量的好坏与石墨管的寿命息息相关，氩气的纯度需大于等于99.9%。为进一步保证流入石墨炉氩气的质量，可在氩气瓶减压阀侧增加一净化器滤除氩气中的水份和杂质，进一步提高氩气的纯度。氩气内外气流的流量对石墨管的寿命和检测的精确度也有影响。当氩气内外气流的流量较小时，石墨管表面易和残留周边的氧气高温氧化，缩短石墨管的寿命，当氩气内外气流的流量较大时，检测样品易挥发而影响样品检测的精确度。。一一般氩气的内气流的流量约为1.2升/分，氩气的外气流的流量约为1.5升/分。大多数原子吸收分光光度计氩气的内外气流的流量都是由厂家通过内部的调节阀调好而并无装流量计显示。仪器长时间使用后，气阀、管道等使流量有所下降而不易察觉从而缩短石墨管的寿命，故通过加装气体流量计及时察觉氩气流量的变化从而及时进行调整，延长石墨管的寿命。 3.3 石墨炉温度检测不准确的影响 在石墨套上有一个约2mm 直径的孔，其位置相当于在石墨管正中心的后面，通过该孔温度探头(光电池)监控石墨管的发射强度。由于某种原因使温度探头不能正常工作，也会大大缩短石墨管的使用寿命。 3.3.1 温度探头的检测光路受阻 石墨炉在使用过程中，挥发的碳有可能沉积在石墨套的发射探测孔上，因此到达温度探头的光就会减弱，使石墨管的实际温度可能高于温度程序设置的温度，导致石墨管老化加快。所以操作人员一定要定期用无水乙醇或滤纸清洁石墨套的发射探测孔及温度探头滤光片，以保证温度控制准确。 3.3.2 温度探头位置不准 当用户更换石墨套后，由于安装的原因有可能使温度探头的位置与石墨套背面的探测小孔不对中，此时温度探头得到信号也会有所减弱，从而造成燃烧温度过高加快石墨管的老化。处理方法：检查石墨套的标记线是否与左侧冷却块的标记对准。若对准，再移去温度探头，用电筒照射温度探头的安装小孔，观察石墨套的探测小孔是否位于光束中心，如果没有，调整温度探头安装板的位置使探测小孔位于光束中心。 3.4 石墨套、石墨锥、石墨管安装的影响 每次更换石墨套、石墨锥、石墨管后，一定要检查以下几点： 3.4.1 石墨套、石墨锥、石墨管的同轴性。 若石墨套、石墨锥、石墨管不在同一轴上，石墨套和石墨锥接触不好，会增加石墨管的电阻率，导致升温电流加大从而加速了石墨管的老化，缩短了石墨管的使用寿命，同时在接触面不好的地方易产生碳化物，也加速了石墨套和石墨锥的老化。 3.4.2 石墨套与石墨锥之间的密封性 石墨套与石墨锥之间有一耐热密封圈，更换石墨套与石墨锥时，一定要检查两者与密封圈是否吻合，以保证样品在升温检测过程中，外部空气不会进入内腔而加速石墨管表面高温氧化。 3.4.3 石墨管安装准确性 每次安装石墨管时，一定要使加样口垂直对准样品液添加装置尖端，轻微的偏移都会导致石墨管加样口周围有溶液渗透，加速石墨管表面高温氧化，从而缩短石墨管使用寿命。 3.5 冷却水温度和流量的影响 每次开机前都必需检查冷却水温度、水压及排出口是否有水流出，当没有冷却水或冷却水管路堵塞时，每次升温过后，氩气就会被阻断不再进入石墨炉，如果冷却不及时，会影响石墨管降温速度，造成石墨管与空气接触表面氧化，从而加速石墨管老化。所以冷却水是否正常也影响着石墨管的使用寿命。 3.6 定期清洁和维护保养的必要性 定期用蒸馏水或酒精清洁石墨套、石墨锥和石墨管表面的石墨粉或碳化物等杂质，不仅能延长石墨套、石墨和石墨管的使用寿命，降低基线噪声改善测试数据的重现性，从而提高仪器的测量精度和稳定性。 4 结论 从上面的分析，我们知道影响石墨炉式原 子吸收分光光度计石墨管使用寿命的原因是多方面的，不能仅仅依据石墨管自身的质量而断定其使用寿命。定期细心的清洁和检查、合理正确的操作、认真负责的维护，都能延长石墨套、石墨锥和石墨管使用寿命，最后达到降低检测成本目的。以我公司分析室为例，每月至少要检测上千次样品，正常使用每只石墨管可以燃烧300~400次，如果存在上述因素影响，最多只能用200次，少的仅用100多次，克服上述因素影响后，石墨管可以燃烧500~600次，石墨套和石墨锥也由原来的3个月，延长到4~5个月。因此，对仪器的精心维护、燃烧消耗品正确安装和克服外界条件的影响，都是每次必做的。 ( 参考文献 ) ( [1]《岛津原子吸收分光光度计 A A -6800/6650 系列使用说明书》[Z]，北京：北京岛津分析中心.1999.12. ) ( [2]章治学，何华焜，陈江韩.《原子吸收光谱仪》M|、北 京：化学工业出版社，2007.1. ) ( (作者单位：汕头乐凯胶片有限公司) ) 4/2008 汕头科技·61· ·/ 汕头科技·◎China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http：//www.cnki.net