Kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa ra đời sau kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, nhưng kỹ thuật phát này triển rất nhanh và hiện nay đang được ứng dụng rất phổ biến. Kỹ thuật này cho phép đo AAS có độ nhạy cao hơn rất nhiều so với kỹ thuật nguyên tử hóa bằng ngọn lửa, mức nanogram - ppb. Đây là ưu điểm chính của kỹ thuật này, vì vậy khi phân tích lượng vết các kim loại trong nhiều trường hợp không cần thiết phải làm giàu các nguyên tố cần phân tích, đặc biệt là khi xác định các nguyên tố vi lượng trong các loại mẫu y học, sinh học, dược phẩm, thực phẩm…
•Nguyên tắc và các giai đoạn của quá trình nguyên tử hóa mẫu không ngọn lửa
Nguyên tắc và cách thực hiện của kỹ thuật nguyên tử hóa không ngọn lửa là hoàn toàn khác với kỹ thuật nguyên tử hóa trong ngọn lửa. Ở đây thường dùng năng lượng nhiệt của một nguồn năng lượng phù hợp để nung nóng, hóa hơi và nguyên tử hóa mẫu phân tích trong ống cuvét graphit hay trong thuyền tantan (Ta) nhỏ. Nguồn năng lượng thường được dùng hiện nay là dòng điện có cường độ dòng rất cao (50 - 600A) và thế thấp (dưới 12V) hay là năng lượng của dòng cao tần cảm ứng (ICP). Dưới tác dụng của các nguồn năng lượng này, cuvét chứa mẫu sẽ được nung nóng đỏ tức khắc và mẫu hóa hơi và nguyên tử hóa để tạo ra các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi có khả năng hấp thụ bức xạ đơn sắc tạo ra phổ hấp thụ nguyên tử của nó.
Như vậy, hệ thống nguyên tử hóa mẫu theo kỹ thuật không ngọn lửa gồm có: - Buồng nguyên tử hóa và cuvét chứa mẫu phân tích.
- Nguồn năng lượng để nung nóng đỏ lò graphit đến nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu và bộ điều khiển hay bộ chương trình để đặt chương trình và chỉ huy quá trình nguyên tử hóa mẫu.
Tùy theo các hãng sản xuất mà hệ thống nguyên tử hóa mẫu này có thể có cấu trúc và cách sử dụng khác nhau, nhưng quá trình nguyên tử hóa mẫu trong các dụng cụ này đều xảy ra theo 3 giai đoạn kế tiếp nhau trong khoảng thời gian 60 đến 80 giây, đó là: Sấy khô mẫu; Tro hóa luyện mẫu và cuối cùng là nguyên tử hóa mẫu.
Sấy khô mẫu là giai đoạn đầu tiên của quá trình nguyên tử hóa mẫu. Yêu cầu của giai đoạn này là phải đảm bảo dung môi hòa tan mẫu bay hơi nhẹ nhàng và hoàn toàn, không làm bắn mẫu, mất mẫu. Nhiệt độ và thời gian sấy khô của mỗi mẫu là phụ thuộc vào bản chất của các chất ở trong mẫu và dung môi hòa tan nó. Thực nghiệm cho thấy rằng không nên sấy khô quá nhanh ở nhiệt độ quá cao, nói chung nhiệt độ sấy khô phù hợp với đa số các mẫu vô cơ trong dung môi nước nằm trong khoảng từ 100 - 150o
C trong thời gian từ 25 - 40 giây với lượng mẫu bơm vào cuvét nhỏ hơn 100µl. Các mẫu hữu cơ trong dung môi hữu cơ phải sấy ở nhiệt độ thấp hơn và tốc độ tăng nhiệt độ cũng phải chậm hơn.
Tro hóa mẫu là giai đoạn tiếp theo để đốt cháy các hợp chất hữu cơ và mùn có trong mẫu sau khi đã sấy khô đồng thời cũng để nung luyện mẫu ở một nhiệt độ thuận lợi cho giai đoạn nguyên tử hóa tiếp theo đạt hiệu suất cao và ổn định. Giai đoạn này ảnh hưởng rất nhiều đến kết quả phân tích nếu chọn nhiệt độ tro hóa không phù hợp. Thực nghiệm cho thấy mỗi nguyên tố đều có một nhiệt độ tro hóa luyện mẫu giới hạn của phép đo ETA-AAS, là nhiệt độ mà sự tro hóa luyện mẫu tại nhiệt độ đó hoặc nhỏ hơn nó thì cường độ vạch phổ hấp thụ là không đổi, còn nếu tro hóa ở nhiệt độ lớn hơn thì cường độ vạch phổ bị giảm và không ổn định, điều này có thể lý giải là do mẫu bị phân hủy mất. Nhiệt độ giới hạn của mỗi nguyên tố là khác nhau và phụ thuộc vào bản chất, dạng hợp chất mà nguyên tố đó tồn tại, kể cả matrix của mẫu. Nói chung các nguyên tố bền
nhiệt và tồn tại ở dạng hợp chất bền nhiệt thường phải tro hóa luyện mẫu ở nhiệt độ tương đối cao, ví dụ Si có nhiệt độ tro hóa giới hạn là 1100o
C, Ni có nhiệt độ tro hóa giới hạn là 1000o
C, Pb lại có nhiệt độ tro hóa giới hạn chỉ có 600oC… Trong các tài liệu kèm theo máy phân tích AAS thường giới thiệu để người sử dụng tham khảo về nhiệt độ sấy mẫu, nhiệt độ tro hóa luyện mẫu và nhiệt độ nguyên tử hóa mẫu, tuy nhiên khi phân tích các mẫu cụ thể chúng ta nên dựa vào các giá trị đó để khảo sát hoặc kiểm tra lại. Ngoài ra cũng phải kể đến tốc độ tăng nhiệt trong quá trình độ tro hóa luyện mẫu, nếu tốc độ tăng nhiệt quá lớn sẽ làm bắn mẫu, thông thường người ta dành 1/3 tổng thời gian tro hóa luyện mẫu cho quá trình tăng nhiệt độ từ nhiệt độ sấy đến nhiệt độ tro hóa, như vậy tốc độ tăng nhiệt độ khoảng 60oC ÷ 100oC trong 1 giây; 2/3 thời gian còn lại là giữ nhiệt độ không đổi đã chọn để luyện mẫu. Đối với những mẫu của hợp chất hữu cơ hay trong dung môi hữu cơ thì giai đoạn này càng phải cẩn thận để tránh sự bay hơi trước của nguyên tố phân tích ở dạng hợp chất cơ kim. Nói chung với mỗi loại mẫu, trong mỗi loại dung môi đều phải khảo sát để phát hiện nhiệt độ tro hóa, tốc độ tăng nhiệt độ cho phù hợp.
Nguyên tử hóa là giai đoạn cuối cùng của quá trình nguyên tử hóa mẫu nhưng là giai đoạn quyết định cường độ vạch phổ và bị ảnh hưởng bởi hai giai đoạn trên. Giai đoạn này được thực hiện trong thời gian rất ngắn, thông thường từ 3 đến 6 giây, ít khi đến 8 - 10 giây nhưng tốc độ tăng nhiệt độ lại là rất lớn để đạt ngay tức khắc nhiệt độ nguyên tử hóa và thực hiện phép đo cường độ vạch phổ. Tốc độ tăng nhiệt độ khoảng 1800o
C ÷ 2500oC trong 1 giây, thường sử dụng tốc độ tối đa mà máy có thể cho phép.