原子熒光光譜儀簡介

原子熒光光譜儀利用惰性氣體氬氣作載氣，將氣態(tài)氫化物和過量氫氣與載氣混合后，導(dǎo)入加熱的原子化裝置，氫氣和氬氣在特制火焰裝置中燃燒加熱，氫化物受熱以后迅速分解，被測元素離解為基態(tài)原子蒸氣，其基態(tài)原子的量比單純加熱銻、鉍、錫、硒、碲、鉛、鍺等元素生成的基態(tài)原子高幾個(gè)數(shù)量級。

原子熒光光譜儀有較低的檢出限，靈敏度高。特別對Cd、Zn等元素有相當(dāng)?shù)偷臋z出限，Cd可達(dá)0.001ng·cm-3、Zn為0.04ng·cm-3?，F(xiàn)已有2O多種元素低于原子吸收光譜法的檢出限。由于原子熒光的輻射強(qiáng)度與激發(fā)光源成比例，采用新的高強(qiáng)度光源可進(jìn)一步降低其檢出限。干擾較少，譜線比較簡單，采用一些裝置，可以制成非色散原子熒光分析儀。分析校準(zhǔn)曲線線性范圍寬，可達(dá)3-5個(gè)數(shù)量級。由于原子熒光是向空間各個(gè)方向發(fā)射的，比較容易制作多道儀器，因而能實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測定。

原子熒光光譜儀是一種常用的光譜儀產(chǎn)品，利用原子熒光光譜線的波長和強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)的定性與定量分析，被廣泛用于多個(gè)領(lǐng)域中。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原子熒光光譜儀的應(yīng)用越來越廣泛，下面我們來仔細(xì)介紹下原子熒光光譜儀。本文主要介紹了原子熒光光譜儀的工作原理、優(yōu)點(diǎn)和原子熒光光譜儀的組成和結(jié)構(gòu)。

原子熒光光譜儀工作原理

原子熒光光譜儀通過待測元素的溶液與硼氫化鈉(鉀)混合，在酸性條件下生成氫化物氣體(如汞化砷等)從溶液中逸出，通過與氬氣、氫氣混合后進(jìn)入到原子化器中(并被點(diǎn)燃)，氫化物高溫下分解并轉(zhuǎn)化為基態(tài)的原子蒸汽，通過該元素的空心陰極燈產(chǎn)生的共振線激發(fā)，基態(tài)原子躍遷到高能態(tài)(有時(shí)也會從某亞穩(wěn)態(tài)開始躍)，它再重新返回到低能態(tài)，多余的能量便以光的形式釋放出來，這就是原子熒光(如果激發(fā)波長與熒光波長相同，稱為共振熒光，這是原子熒光的主要部分，其他還會產(chǎn)生不太強(qiáng)的非共振熒光)。

原子熒光光譜儀基本原理

原子熒光光譜法(AFS)屬于原子光譜分析技術(shù)的一個(gè)不可或缺的重要分支，原子熒光光譜儀工作原理是固態(tài)或者液態(tài)的樣品經(jīng)過一定的預(yù)處理，比如氧化還原、分解反應(yīng)等將樣品轉(zhuǎn)化為特定的存在形式，之后使用載氣將樣品送入石墨爐中并將其原子化，基態(tài)的原子吸收特定頻率的激光后發(fā)生能級躍遷，原子的外層電子從基態(tài)或低能態(tài)被激發(fā)至高能級，在回到基態(tài)的過程中釋放具有特定波長的熒光。

而原子熒光光譜儀釋放出的熒光根據(jù)頻率分為兩種：一種熒光的波長與吸收波長保持一致，叫做共振熒光;若不同，則稱為非共振熒光，但非共振熒光非常少，通?？梢院雎圆挥?jì)，而共振熒光就是我們定量的基礎(chǔ)。在一定條件下和一定濃度范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度與待測原子的濃度成正比。原子熒光光譜法的優(yōu)點(diǎn)是在工作過程中受到的干擾少，而且譜線簡單，靈敏度也達(dá)到了測試要求。

原子熒光光譜儀構(gòu)造

原子熒光光譜儀有兩類，分為色散型和非色散型兩種。這兩種儀器的組成和構(gòu)造整體是基本保持一致的，唯yi不同的是在非色散型原子熒光光譜儀上不需要使用單色器。色散型原子熒光光譜儀主要包括五部分：分別為光源、單色器、原子化器、檢測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

光源的作用是產(chǎn)生激光用來激發(fā)原子，常用的光源有氙弧燈、空心陰極燈、無極放電燈和激光;單色器的作用是過濾掉不需要的熒光，避免干擾，只采集需要的熒光譜線;原子化器的作用就是將待測樣轉(zhuǎn)化為原子蒸汽，有火焰原子化以及電感耦合高頻等離子焰炬；檢測器Z常用的是光電倍增管，負(fù)責(zé)收集光信號，然后將光信號轉(zhuǎn)化成電信號，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用來顯示、記錄和處理數(shù)據(jù)。

激發(fā)光源可用連續(xù)光源或銳線光源。常用的連續(xù)光源是氙弧燈，常用的銳線光源是高強(qiáng)度空心陰極燈、無極放電燈、激光等。連續(xù)光源穩(wěn)定，操作簡便，壽命長，能用于多元素同時(shí)分析，但檢出限較差。銳線光源輻射強(qiáng)度高，穩(wěn)定，可得到更好的檢出限。

原子熒光光譜儀光學(xué)系統(tǒng)的作用是充分利用激發(fā)光源的能量和接收有用的熒光信號，減少和除去雜散光。色散系統(tǒng)對分辨能力要求不高，但要求有較大的集光本領(lǐng)，常用的色散元件是光柵。非色散型儀器的濾光器用來分離分析線和鄰近譜線，降低背景。非色散型儀器的優(yōu)點(diǎn)是照明立體角大，光譜通帶寬，集光本領(lǐng)大，熒光信號強(qiáng)度大，儀器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。缺點(diǎn)是散射光的影響大。

檢測器常用的是光電倍增管，在多元素原子熒光分析儀中，也用光導(dǎo)攝象管、析象管做檢測器。檢測器與激發(fā)光束成直 角配置，以避免激發(fā)光源對檢測原子熒光信號的影響。

原子熒光光譜儀產(chǎn)生及類型

當(dāng)自由原子吸收了特征波長的輻射之后被激發(fā)到較高能態(tài)，接著又以輻射形式去活化，就可以觀察到原子熒光。原子熒光可分為三類：共振原子熒光、非共振原子熒光與敏化原子熒光。

共振原子熒光

原子吸收輻射受激后再發(fā)射相同波長的輻射，產(chǎn)生共振原子熒光。若原子經(jīng)熱激發(fā)處于亞穩(wěn)態(tài)，再吸收輻射進(jìn)一步激發(fā)，然后再發(fā)射相同波長的共振熒光，此種共振原子熒光稱為熱助共振原子熒光。如In451.13nm就是這類熒光的例子。只有當(dāng)基態(tài)是單一態(tài)，不存在中間能級，沒有其它類型的熒光同時(shí)從同一激發(fā)態(tài)產(chǎn)生，才能產(chǎn)生共振原子熒光。

非共振原子熒光

當(dāng)激發(fā)原子的輻射波長與受激原子發(fā)射的熒光波長不相同時(shí)，產(chǎn)生非共振原子熒光。非共振原子熒光包括直躍線熒光、階躍線熒光與反斯托克斯熒光，直躍線熒光是激發(fā)態(tài)原子直接躍遷到高于基態(tài)的亞穩(wěn)態(tài)時(shí)所發(fā)射的熒光，如Pb405.78nm。只有基態(tài)是多重態(tài)時(shí)，才能產(chǎn)生直躍線熒光。

階躍線熒光是激發(fā)態(tài)原子先以非輻射形式去活化方式回到較低的激發(fā)態(tài)，再以輻射形式去活化回到基態(tài)而發(fā)射的熒光;或者是原子受輻射激發(fā)到中間能態(tài)，再經(jīng)熱激發(fā)到高能態(tài)，然后通過輻射方式去活化回到低能態(tài)而發(fā)射的熒光。前一種階躍線熒光稱為正常階躍線熒光，如Na589.6nm，后一種階躍線熒光稱為熱助階躍線熒光，如Bi293.8nm。反斯托克斯熒光是發(fā)射的熒光波長比激發(fā)輻射的波長短，如In 410.18nm。

敏化原子熒光

激發(fā)原子通過碰撞將其激發(fā)能轉(zhuǎn)移給另一個(gè)原子使其激發(fā)，后者再以輻射方式去活化而發(fā)射熒光，此種熒光稱為敏化原子熒光?；鹧嬖踊髦械脑訚舛群艿?，主要以非輻射方式去活化，因此觀察不到敏化原子熒光。

原子熒光光譜儀優(yōu)點(diǎn)

1、原子熒光光譜儀有較低的檢出限，靈敏度高。特別對Cd、Zn等元素有相當(dāng)?shù)偷臋z出限，Cd可達(dá)0.001ng·cm-3、Zn為0.04ng·cm-3?，F(xiàn)已有2O多種元素低于原子吸收光譜法的檢出限。由于原子熒光的輻射強(qiáng)度與激發(fā)光源成比例，采用新的高強(qiáng)度光源可進(jìn)一步降低其檢出限。

2、原子熒光光譜儀干擾較少，譜線比較簡單，采用一些裝置，可以制成非色散原子熒光分析儀。這種儀器結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。

3、原子熒光光譜儀分析校準(zhǔn)曲線線性范圍寬，可達(dá)3～5個(gè)數(shù)量級。

4、由于原子熒光是向空間各個(gè)方向發(fā)射的，比較容易制作多道儀器，因而能實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測定。