火焰原子化器

火焰原子化器是原子吸收光譜儀的主要組成部分，是利用火焰使試液中的元素變為原子蒸汽的裝置。由 化 學 火 焰 提 供 能 量 ，使被測元素原子化。常用的是預混合型原 子化器，它包括霧化器、霧化室和燃燒器三部分。

基本介紹

• 中文名：火焰原子化器
• 外文名：Flame atomiser 
• 用途：工業
• 所屬學科：化學
• 屬性：儀器

儀器介紹

火焰原子化器(Flame atomiser)主要套用於原子吸收，原子螢光光譜。它由霧化器、預混合室和燃燒器三部分組成。是利用火焰使試液中的元素變為原子蒸汽的裝置。常見的燃燒器有全消耗型(紊流式)和預混合型(層流式)。它對原子吸收光譜法測定的靈敏度和精度有重大的影響。

主要部件

霧化器

霧化器（neimlizer) 的作用是將試液變成高 度分散的霧狀形式。霧滴 越 小 ，越 細 ，越有利於 基態原子的生成。通常採取氣動同心霧化器。具有一定壓力的壓縮空氣作為助燃器進入霧化器，從樣品毛細管周圍高速噴出，被通入的助燃氣飛散成霧滴（氣溶膠）。霧滴越細越易乾燥、融化、汽化，生成自由原子也就越多，測定靈敏度也就越高。霧化器的霧化效率一般約在 10%左 右 ，它是影響火焰化靈敏度和檢出限的主 要問題。

霧化室

試液經霧化器霧化後，還含有一定數量的大 霧滴。霧化室的作用，一是使較大霧粒沉降、凝 聚從廢液口排出；二是使霧粒與燃氣、助燃氣均 勻混合形成氣溶膠，再進入火焰原子化區；三是 起緩衝穩定混合氣氣壓的作用，以便使燃燒器產生穩定的火焰。

燃燒器

燃燒器（burner) 的作用是產生火焰，將被測 物質分解為基態原子。試樣溶液經霧化後進人 燃燒器，經火焰千燥、熔化、蒸發和離解後，產生 大量的基態原子及極少量的激發態原子、離子和分子。常用的是單縫燃燒器。燃氣和助燃氣在霧化室中預混合後，在燃燒器縫口點燃形 成火焰。燃燒火焰由不同種類的氣體混合產生，火焰的組成關係到測定的靈敏度、穩定性 和干擾等。因此對不同的元素，應選擇不同的恰當的火焰。燃氣和助燃氣種類、流童不 同，火焰的最卨溫度也不同。常用的是乙炔-空氣火焰。它能為3 5 種以上元素 充分原子化提供最適宜的溫度。最髙火焰溫度約為2600K 。

工作原理

在火焰原子化中，是通過混合助燃氣(氣體氧化物)和燃氣(氣體燃料)，將液體試樣霧化並帶入火焰中進行原子化。將試液引入火焰並使其原子化經歷了複雜的過程。這個過程包括霧粒的脫溶劑、蒸發、解離等階段。在解離過程中，大部分分子解離為氣態原子。在高溫火焰中，也有一些原子電離。與此同時，燃氣與助燃氣以及試樣中存在的其它物質也會發生反應，產生分子和原子。被火焰中的熱能激發的部分分子、原子和離子也會發射分子、原子和離子光譜。

複雜的原子化過程直接限止了方法的精密度，成為火焰原子光譜中十分關鍵的一步

類型與性質

火焰類型

燃氣	助燃氣	溫度（/℃）	最大燃燒速度（cm/s）
天然氣	空氣	1700-1900	39-43
天然氣	氧氣	2700-2800	370-390
氫氣	空氣	2000-2100	300-440
氫氣	氧氣	2550-2700	900-1400
乙炔	空氣	2100-2400	158-266
乙炔	氧氣	3050-2150	1100-2480
乙炔	氧化亞氮	2600-2800	285

火焰構造

如圖所示，預混合火焰結構大致可分為四個區域:乾燥區、蒸發區、原子化區和電離化合區。

乾燥區是燃燒器靠縫隙最近的一條寬度不大、亮度較小的光帶。大部分試液在這裡被乾燥成固體顆粒。

蒸發區亦稱第一反應區。通常有一條清晰的藍色光帶。該區因燃燒尚不充分，溫度還不高。乾燥的固體顆粒在這裡被熔化、蒸發。

原子化區是緊靠蒸發區的一小薄層，燃燒完全，火焰溫度最高，是氣態原子密度較高的區域，故是火焰原子光譜法重要的光譜觀測區。

電離化合區，亦稱第二反應區。由於燃料氣在這個區充分燃燒，溫度很高，而再往外層，由於冷卻作用，火焰溫度急劇下降，導致部分原子被電離，部分原於由於產生強烈高溫化合作用而形成化合物。

自由原子分布

自由原子在火焰中的空問分布與火焰類型、燃燒狀態和元素性質有關。如下圖是三種元素的吸收值沿火焰高度的分布曲線。鎂最大吸收值大約在火焰的中部。開始吸收值沿火焰高度的增加而增加，這是由於長時間停留在熱的火焰中，產生了大量的鎂原子。然而當接近第二反應區時，鎂的氧化物明顯地開始形成。由於它不吸收所選用波長的輻射，以致使鎂的吸收值很快下降。

三種實例元素火焰分布輪廓圖

燃氣的比例

中性火焰

這種火焰的燃氣與助燃氣的比例與它們之間化學反應計量關係相近。具有溫度高、干擾小、背景低等到特點，適用於許多元素的測定。

富燃火焰

富燃火焰即燃氣與助燃氣比例大於化學計量。這種火焰燃燒不完全、溫度低、火焰呈黃色。富燃火焰背景高、干擾較多，不如中性火焰穩定。但由於還原性強，適於測定易形成難離解氧化物的元素，如:鐵、鑽和鎳等。

貧燃火焰

燃氣和助燃氣的比例小於化學計量。這種火焰的氧化性較強，溫度較低，有利於測定易解離、易電離的元素。如鹼金屬等。