石墨爐測量方式下常見故障的原因及排除

前言：本文以Z-2000型原吸為例，將石墨爐分析時常見故障和排除方法介紹如下：
（1）影響石墨爐分析重現性的四要素口訣
① 樣品的前處理的徹底不徹底?
② 升溫程序設置的合理不合理？
③ 進樣器調整的合適不合適？
④ 石墨管的性能完好不完好？
（2）石墨管的影響因素
① 綜上所述、石墨管的性能及狀態的好壞直接影響樣品測試的重現性；對應于某一型號的儀器而言它所使用的石墨管不但外形尺寸要一致，同時其阻值R也要一致 （Z-2000原吸所使用的石墨管的阻值為30毫歐姆）。這是因為石墨爐電源目前一般均是恒流源供電方式，也就是說，一旦某個溫度程序固定下來，石墨爐的 供電電流I也就相應不變了，因此石墨管熱功率P=I2×R；從公式可以看出石墨管阻值R的變化直接影響到熱功率P。當石墨管使用到一定次數后，其管壁變 薄、阻值增大，管子內外壁產生“蜂窩”狀的物理變化（見圖－1）；此時石墨管產生的溫度遠遠高于原設定值；當發生這種情況時，最大的不利因素是：在灰化階 段石墨管的實際溫度高于原設定溫度，而一些低溫元素（如Pb,Cd等）往往在此階段會造成“灰化損失”，致使吸光值下降，這是石墨爐分析時最常見的也是最 讓分析者忽略的一個故障。此外、由于內管壁呈現蜂窩狀，樣品注入后容易浸入到管子深部，其共存物和待測元素在灰化、原子化、清除階段時不易完全被燒出或解 離，因而會產生記憶效應。

圖－1

② 另外一種情況是，石墨管的外觀及阻值并無太大變化，但是因為樣品中的酸度過高或使用的基體改進劑濃度過大，使熱解型石墨管進樣口附近的涂層被破壞，所以在 進樣時，進樣針稍有不正，即進樣針未能與進樣口形成同心圓，樣品很容易被吸附掉一部分；同樣影響測試的重現性。這種石墨管的外觀如圖－2所示。

圖－2

③ 還有一種隱性故障是：由于酸度或改進劑的作用使熱解管內壁的涂層“爆皮兒”，這個皮兒正好處于光路當中，并在載氣的擾動下擺動，位置時時發生變化，這就直接影響了測試的重現性；而此種隱性故障往往不易被發現，只有取下管子朝亮處觀察才能發現；（見圖－3）

圖－3

（3）石墨環的影響因素
當石墨管的空白值過高，且空燒數次無效，而更換新管后改觀不大時，往往是石墨環被樣品污染所致；由于升溫程序設置的不合理，樣品在干燥或灰化時被濺射到石 墨環內孔壁上；由于石墨環在升溫時本身的溫度不高（電阻值太小之故），其濺射在環內的樣品不能被燒出，隨著時間的推移，殘存物逐漸積累在環內壁上，故每當 空燒或原子化時殘存的物質就因石墨管的遠紅外作用被烘烤出來，參與測定值的計算，造成測量誤差。此外、當附著物過厚時，還會使石墨管與石墨環的接觸不良， 造成在原子化的開始瞬間石墨管先從兩端發亮（因此兩端接觸阻值較大之故）。圖－4就是被污染的石墨環真實照片。

圖－4

由于石墨環的價格較貴，除了更換新的石墨環的措施外，還可以試試重新清洗石墨環。
方法是：
① 將被污染的石墨環連同石墨電極一起取下，注意不能將石墨環單獨取出；因為石墨環一旦從電極中取出就再不能裝回去，原因是二次裝入后會造成石墨環與電極接觸不良而發生接觸面打火（加熱電流太大之故）。
② 用乙醇棉簽反復擦拭石墨環與石墨管的結合部。
③ 找一只一端完整的舊石墨管（當然新管最好），用拇指和食指夾住石墨管一端，將完整的另一端垂直放入石墨環中，手指做往復捻動（類似鉆木取火狀）直至石墨環接口處光亮為止（見圖－5）
④ 最后用乙醇棉簽反復清潔石墨環被研磨的部位即可。
上述清洗方法同樣適用于其他結構類似的原子吸收儀器上。

圖－5

（4）石墨爐測定時，過高的“假背景”吸收問題
在石墨爐分析中，有時發現在原子化時背景值很高，在清除階段更高，似乎存在一個很高的背景吸收，而實際樣品中沒有這樣高的背景；并且隨著石墨爐溫的逐漸降低，這個背景值需要很長時間逐漸返回到基線（即零）位置，如圖－6所示：

圖－6

產生這種故障的原因一般有兩個：
① 石墨電極由于密封不嚴或安裝不到位致使冷卻循環水從進出口處滲漏到載氣管路中去了，這些微量的水分被載氣帶到石墨電極內壁上，在原子化的瞬間這些水分迅速 低變成了水蒸氣并被吸附在石英窗上（因石英窗溫度低）造成了一個假的背景吸收，隨著時間的推移，這些附著在石英窗上的水汽逐漸被蒸發干凈，所以背景基線又 返回到零點。判斷方法：清除階段結束后，將石英窗取下，觀察石英片上有無水汽。解決辦法：更換電極底部進水口處的橡膠密封圈或添繞生膠帶。石墨爐電極及石 英窗外觀如圖－7所示。

圖－7

② 石墨爐體偏離了光軸；在原子化開始時背景（蘭線）并無多大，但原子化結束后背景卻突然變得很高，直到升溫結束時背景才逐漸恢復到零點。產生這個故障的原因 是：石墨管與陰極燈發出的光束不在一個同心圓里；石墨管受熱膨脹后會產生延伸，這個延伸最大可達1毫米，當石墨管沒有偏離光軸時，即管子與光軸保持同心圓 狀態，這個延伸不會對吸光值產生影響；可是當石墨管偏離光軸時，管子因受熱延伸就會產生物理性質的擋光，就會產生一個“假背景”，管子延伸的程度越大，假 背景值越大。有時石墨管本身質量（如替代品）不好也會產生類似故障（參看圖－8左側圖，紅色為樣品的原子化吸收信號，藍色的是假背景信號）

圖－8

③ 判斷方法：取下石墨管，觀察左側石墨環上的陰極燈的光斑是否與石墨環保持同心圓。
圖－9是石墨爐偏離光軸的實例照片（光斑照射在石墨環右下角）。
解決方法：重新調整石墨爐平臺的四只水平螺絲。（由于調整步驟較為復雜，在此就不作詳細介紹了）


圖－9