《Canadian Journal of Chemical Engineering》：Experimental methods in chemical engineering: Atomic absorption spectrometry—AAS
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元素吸收特定波长的电磁辐射（光），其吸收量与光路中的原子数成正比。当原子吸收光能时，电子从基态跃迁至激发态。在原子吸收光谱法（AAS）中，高温从样品中产生原子云（原子化），多色辐射穿过该原子云。单色器分离出进入分光光度计的特定发射线。火焰原子化火焰AAS（FA
元素吸收特定波长的电磁辐射（光），其吸收量与光路中的原子数成正比。当原子吸收光能时，电子从基态跃迁至激发态。在原子吸收光谱法（AAS）中，高温从样品中产生原子云（原子化），多色辐射穿过该原子云。单色器分离出进入分光光度计的特定发射线。火焰原子化火焰AAS（FAAS）中雾化器产生的细雾（空气/乙炔为2000 K，一氧化二氮/乙炔为3000 K）。在石墨炉AAS（GF-AAS）中，样品先干燥，然后在1800至3000 K温度下原子化。AAS仍是一种可靠、经济且稳健的痕量金属、类金属（如As、Sb）甚至非金属（如P、Se）检测技术，稳固了其与具有多元素能力的现代等离子体技术并驾齐驱的地位。电子学和仪器技术的进步使AAS更快、更精确且更易操作。高分辨率连续光源AAS（HR-CS AAS）提高了准确性并更好地处理背景校正。与XRF不同，AAS是一种破坏性技术，用于定量元素浓度；然而，其高灵敏度和选择性使其在分析化学中不可或缺。将AAS与预浓缩和萃取策略相结合，可增强对复杂基质中痕量金属的检测灵敏度。文献计量分析将AAS研究聚类为以下四个类别：（1）废水、催化和纳米颗粒；（2）FAAS和过渡金属（Cr、Co、Ni）；（3）微生物应用与Cu、Fe、Ag、Zn；（4）土壤、污染和金属（Pb、Cd、Hg）。
**原子吸收光谱法（AAS）研究综述：原理、应用与前沿进展**
**1. 研究背景与问题**
原子吸收光谱法（AAS）自1955年Walsh提出以来，已成为化学分析领域的基础技术。其核心原理基于气态自由原子对特定波长电磁辐射的吸收，通过测量吸光度实现元素定量。尽管AAS凭借其相对简单、成本低廉和稳健性在实验室中广泛应用，但面临来自电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等先进技术的竞争。ICP技术具有多元素同时检测、更高灵敏度和更宽线性动态范围的优势，逐渐在制药、食品和环境工业中取代AAS。然而，AAS在质量控制和例行分析中仍不可或缺，特别是在成本约束和简单分析需求为主的场景。此外，AAS本身存在单元素分析、动态范围窄、干扰多样以及仅限于金属、类金属和非金属元素等局限性。为提高灵敏度并应对复杂基质（如高盐度水样），研究人员发展了预浓缩和萃取策略，并与高分辨率连续光源AAS（HR-CS AAS）相结合。该论文于2025年发表在《Canadian Journal of Chemical Engineering》，旨在为化学工程领域的研究人员提供AAS技术的现代综合指南，涵盖原理、仪器类型、应用、误差来源及案例研究。
**2. 主要技术方法**
研究人员主要采用了以下关键技术方法：（1）火焰原子吸收光谱法（FAAS），使用空气-乙炔（2300°C）或一氧化二氮-乙炔（2900°C）火焰原子化，适用于约35种元素；（2）石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS），通过电阻加热石墨管在1800–3000 K温度下原子化，检测限比FAAS低2–3个数量级；（3）化学蒸气发生原子吸收光谱法（CVG-AAS），包括氢化物发生（HG-AAS）用于As、Sb、Se等元素，以及冷蒸气原子吸收光谱法（CVAAS）用于Hg；（4）高分辨率连续光源原子吸收光谱法（HR-CS AAS），采用氙短弧灯作为连续光源，结合双棱镜-阶梯光栅单色器（DEMON）和CCD检测器，实现高分辨率（在紫外区每像素约2 pm）和自动背景校正。此外，在案例研究中，研究人员采用微乳液萃取系统（Winsor II平衡）结合皂化椰子油（SCO）作为表面活性剂，对高盐度水样（包括咸水、盐水、石油工业产出水）中的Co、Cd、Pb、Tl进行预浓缩，然后通过HR-CS GFAAS测定。样品来源包括认证参考物质（CRM INMETRO 05.1/08.0001）和实际环境水样。
**3. 研究结果**
**3.1 理论部分**
通过阐述原子吸收的基本原理（如Bohr模型、Maxwell-Boltzmann分布、Beer-Lambert定律），明确AAS依赖于基态原子对共振线的吸收，吸光度与原子浓度成正比。线性范围受限于单色辐射近似和高浓度下的自吸收效应。
**3.2 仪器组件**
主要组件包括空心阴极灯（HCL）或无极放电灯（EDL）作为线光源，机械斩波器进行调制，单色器（衍射光栅），光电倍增管或电荷转移器件（CTD）检测器。原子化器（火焰或石墨炉）是决定灵敏度的关键部分。
**3.3 AAS类型**
- **FAAS**：最简单但灵敏度最低，适用于ppm级（μg g
-1）检测。
- **GFAAS**：通过电热原子化实现ppb级（ng g
-1）检测，但速度慢且易受基质干扰。
- **CVG-AAS**：用于挥发性或氢化物形成元素，如Hg、As、Se，灵敏度可达ppt级。
**3.4 HR-CS AAS**
采用氙短弧灯（10,000 K “热点”模式）和双棱镜-阶梯光栅单色器，实现准单色光（分辨率2 pm/像素）。CCD检测器可同时获取整个光谱窗口（约0.8 nm）的信息，自动背景校正，消除光谱干扰，并支持多元素顺序测定。
**3.5 应用领域**
通过文献计量分析（VOSviewer，2022–2025年2150余篇论文），识别出四个研究集群：红色集群（重金属、痕量元素、健康）、绿色集群（水、Pb、Cd）、蓝色集群（方法开发、预浓缩、形态分析）和黄色集群（Cu、Zn、Fe、毒性、植物修复）。FAAS应用于制药、食品、地质和燃料行业；GFAAS用于食品、高纯化学品和毒理学；CVAAS用于水、土壤、食品、化妆品和考古学。
**3.6 误差来源与干扰**
不确定性包括仪器波动、采样误差、操作因素、校准问题和环境条件。干扰分为光谱与非光谱：光谱干扰（谱线重叠、连续背景）通过背景校正（氘灯、Zeeman、Smith-Hieftje）解决；物理干扰（粘度、表面张力）通过基质匹配或标准加入法校正；化学干扰（难熔化合物、电离）通过释放剂、电离缓冲剂或优化火焰条件克服；GF-AAS特定干扰（挥发损失、分子背景）通过基质改进剂（如Pd/Mg）和平台原子化技术缓解。
**3.7 案例研究：HR-CS GFAAS用于高盐度水样中痕量金属分析**
采用微乳液萃取系统（Winsor II平衡）对咸水、盐水、产出水中的Co、Cd、Pb、Tl进行预浓缩，富集因子：Pb 15倍（线性范围0.1–2 μg L
-1），Cd 13倍（0.01 μg L
-1），Co 8倍（0.05–2 μg L
-1），Tl检出限0.057 μg L
-1（线性范围1–20 μg L
-1）。与传统ICP-MS相比，该方法灵敏度满足或超过巴西法规（CONAMA 357/2005）要求，且在高盐度基质中表现出优异的回收率（83%–112%）。3D光谱显示预浓缩后有效消除了Na的干扰信号。
**4. 讨论与结论**
**讨论部分总结**：AAS与ICP技术的比较显示，尽管ICP在多元素、速度和灵敏度上占优，但AAS在成本、简便性和符合监管标准方面仍具价值。HR-CS AAS通过连续光源和CCD检测克服了传统AAS的许多限制（如单元素分析、动态范围窄、背景校正问题），使其在复杂基质中可与ICP-MS竞争。微乳液萃取方法简单、低成本，且利用天然表面活性剂，适用于高盐度样品，验证了AAS与预浓缩联用可达ppb级甚至ppt级检测限。
**结论部分翻译**：AAS已从其早期基础发展成为一种稳健且多用途的技术，在现代化学分析中仍处于核心地位。自1955年以来，其持久的相关性源于其相对简单、成本效益高，以及与预浓缩和样品制备策略结合时的适应性。然而，先进技术（如ICP-OES和ICP-MS）的出现使其重要性有所下降，这从WoS中提及AAS作为关键词的论文数量减少中可见一斑。对火焰AAS、石墨炉AAS、化学蒸气发生AAS和高分辨率连续光源AAS的比较讨论突出了每种技术如何应对特定的分析挑战，提供不同的灵敏度、选择性和实用性平衡。高分辨率仪器和基于微乳液的萃取方法的进步已改善了检测限，即使在复杂的盐性基质和工业废水中也是如此。将AAS与创新的萃取和预浓缩方法相结合，可以实现与更复杂技术相当的灵敏度，同时保持较低成本和操作简便性。这强调了该技术在满足法规要求以及为实际样品中痕量金属提供可靠监测方面的潜力。
