石墨爐原子化又稱作電熱原子化,過程一般分為四個階段,即干燥、灰化(熱解)、原子化和凈化(除殘)。
對石墨爐原子吸收分析,在原子化之前樣品的共存組分與待測元素分離得越好,干擾就越小。非光譜干擾和背景吸收都是這樣,分離的效率取決于待測元素與共存物質揮發性之間的差異,差異越大分離效果越好。原子化前的干燥和灰化兩個階段對分離樣品干擾組分有重要作用,其中有經驗、有技巧、也有學問。干燥、灰化和原子化是石墨爐原子吸收分析的升溫程序的關鍵步驟,在原子化后加上高溫凈化,即構成石墨爐原子吸收法的完整的升溫程序。程序的每一個階段又由不同升溫模式、溫度和時間參數組成。
1.干燥
干燥階段的目的是防止試樣溶液在原子化過程中發生飛濺或在石墨爐中流散面積太大,主要作用是脫溶劑。干燥溫度應根據溶劑沸點和含水情況來決定。一般干燥溫度稍高于溶劑的沸點,干燥時間按樣品體積而定,一般是樣品微升數乘1.5～2(s)。干燥時間與石墨爐結構有關,不能一概而論。
對于干燥階段蒸發溶劑,實驗表明最好的方案是若已知樣品的性質,將溫度快速升至略低于沸點,再緩慢地升溫到剛好高于沸點并保持10～20實際工作中樣品大都是未知的,有些還是復雜的多組分,特別是生物樣品,如血液、胃液等。防止待測元素損失的方法是用斜坡升溫方式緩慢升溫,并注意觀察與防止管內樣品發生飛濺。
2.灰化
灰化(熱解)階段,程序升溫是一個重要條件。因為通常在樣品中均含有揮發性(酸、有機復合物)和非揮發性(無機化合物)成分,均需在原子化之前排除,以減輕或除去原子化時煙霧的產生,使基體破壞或在原子化階段之前蒸發掉。采用緩慢遞增加熱方法時,需調節較低的起始溫度,并使之緩慢遞增。緩慢增溫可使最易揮發的成分灰化,從而防止因快速增溫而發生濺爆引起分析成分的損失。
灰化階段是在原子化前能對樣品進行預處理的一個機會,特別是在前期樣品預處理做得不夠充分時,要獲得良好的分析結果,必須充分、認真地用好這一環節。一般是在不會引起待分析元素損失的前提下,盡可能選用較高的灰化溫度和階梯升溫方式。為了盡量多地除去一些共存物質,要有一段保溫時間。對于生物、油料或組分復雜的樣品,為能除去大量的鹽類、油類或需要碳化的生物基體、有機材料,應選擇斜坡升溫方式,用慢升溫至沸點或分解點,再保溫一段時間,以保證盡可能完全地除去大量的共存組分。為能除去多組分共存物質,可考慮設置兩個或多個灰化階段。
3.原子化
原子化階段的作用是在一定的溫度下使分析元素的化合物分解為氣態自由原子。原子化溫度隨元素而異,對同一批樣品,亦因樣品類型不同而各異。一般來說,應該使用能得出最大吸收信號的最低溫度。原子化溫度越低,原子化器壽命越長。最佳原子化溫度可用實驗來決定,原子吸收信號經過峰值后回到基線的整個時間稱為原子化時間,原子化時間在保證完全原子化的前提下越短越好。
在石墨爐原子吸收光譜分析中,恒溫原子化是最佳選擇,自第一臺馬斯曼商品石墨爐于1970年問世至今的40多年,雖然作為原子化器的石墨管基本沒有變化,但對石墨管供電加熱的石墨爐電源有了長足的進步,具有最大功率升溫或光控最大功率升溫的石墨爐電源,使管壁原子化恒溫環境有了較大的改善。
4.凈化
在結束一個樣品的測定后,用比原子化階段稍高的溫度加熱石墨爐以除去樣品殘渣,這個階段稱為凈化。凈化溫度一般為2700℃～3000℃,凈化時間3～5s。經過凈化處理的石墨管,便可進行下一個樣品的分析。