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1、原子荧光原理及应用原子荧光光谱法，英文是 atomic fluorescence spectrometry tmik flu:resns spektrumetrik 简写为 AFS。需要了解的是 AES、AAS。一、 原子荧光光谱的产生气态自由原子，吸收光源（常用空心阴极灯）的特征辐射后，原子的外层电子跃迁到较高能级，然后又跃迁返回基态或较低能级，同时发射出与原激发波长相同或不同的发射光谱即为原子荧光。原子荧光是光致发光，也是二次发光。当激发光源停止照射之后，再发射过程立即停止。对该概念的理解有以下几点：（1）产生气态自由原子的方式有：火焰、石墨炉、电 激 发 、 热 激 发 、电感 耦 合
2、等 离 子 焰 。 在 AFS中主要是火焰。（2）原 子 荧 光 可 分 为 三 类 ： 即 共 振 荧 光 、 非 共 振 荧 光 和 敏 化 荧 光 ， 实际 的 到 的 原 子 荧 光 谱 线 ， 这 三 种 荧 光 都 存 在 。 其 中 以 共 振 原 子 荧 光 最 强 ， 在分 析 中 应 用 最 广 。 共 振 荧 光 是 所 发 射 的 荧 光 和 吸 收 的 辐 射 波 长 相 同 ， 当发 射的 荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光，非共振荧光又分为直跃线荧光、阶跃线荧光、anti-Stokes （反斯托克斯）荧光。敏化荧光:受光激发的原子与另一种原子碰撞时，把激发
3、能传递给另一个原子使其激发，后者再以发射形式去激发而发射荧光即为敏化荧光。火焰原子化器中观察不到敏化荧光，在非火焰原子化器中才能观察到。共 振 荧 光 是 所 发 射 的 荧 光 和 吸 收 的 辐 射 波 长 相 同 。 只 有 当 基 态 是 单 一 态 ， 不存 在 中 间 能 级 ， 才 能 产 生 共 振 荧 光 。 非 共 振 荧 光 是 激 发 态 原 子 发 射 的 荧 光 波长 和 吸 收 的 辐 射 波 长 不 相 同 。 非 共 振 荧 光 又 可 分 为 直 跃 线 荧 光 、 阶 跃 线 荧 光和 反 斯 托 克 斯 荧 光 。 直 跃 线 荧 光 是 激 发 态 原
4、 子 由 高 能 级 跃 迁 到 高 于 基 态 的 亚稳 能 级 所 产 生 的 荧 光 。 阶 跃 线 荧 光 是 激 发 态 原 子 先 以 非 辐 射 方 式 去 活 化 损 失部 分 能 量 ， 回 到 较 低 的 激 发 态 ， 再 以 辐 射 方 式 去 活 化 跃 迁 到 基 态 所 发 射 的 荧光 。 直 跃 线 和 阶 跃 线 荧 光 的 波 长 都 是 比 吸 收 辐 射 的 波 长 要 长 。 反 斯 托 克 斯 荧光 的 特 点 是 荧 光 波 长 比 吸 收 光 辐 射 的 波 长 要 短 。（ 3） 量子效率与荧光猝灭受光激发的原子，可能发射共振荧光，也可能发射
5、非共振荧光，还可能无辐射跃迁至低能级，所以量子效率一般小于 1（发射光强/ 入射光强度） 。 受激原子和其他粒子碰撞，把一部分能量变成热运动与其他形式的能量，因而发生无辐射的去激发过程，这种现象称为荧光猝灭。荧光的猝灭会使荧光的量子效率降低，荧光强度减弱。许多元素在烃类火焰（如乙炔焰）中要比用氩稀释的氢氧火焰中荧光猝灭大得多，因此原子荧光光谱法，尽量不用烃类火焰，而用氩稀释的氢氧火焰代替。二、原子荧光法测定原理在 一 定 实 验 条 件 下 ， 荧 光 强 度 与 被 测 元 素 的 浓 度 成 正 比 。 据 此 可 以 进 行 定量 分 析 。三 、 氢化物发生-原子荧光法的测定原理酸化过
6、的样品溶液中的待测元素（砷、铅、锑、汞等）与还原剂（一般为硼氢化钾或钠）在氢化物发生系统中反应生成气态氢化物， 用 EHn表示，式中 E代表待测元素。 使用适当催化剂，在上述反应中还可以得到了镉和锌的气态组分。 过量氢气和气态氢化物与载气（氩气）混合，进入原子化器，氢气和氩气在可形成氩氢火焰，使待测元素原子化。 待测元素的激发光源（一般为空芯阴极灯或无极放电灯）发射的特征谱线通过聚焦，激发氩氢焰中待测物原子，得到的荧光信号被光电倍增管接收，然后经放大，解调，得到荧光强度信号，荧光 强 度 与 被 测 元 素 的 浓 度 一 定 条 件 下 成 正 比 ， 此 可 以 进 行 定 量 分 析 。
7、对该原理的理解有以下几点：（1）能产生原子荧光的元素约 20多种，能用氢化物发生-原子荧光法测定的元素目前只有 11种：汞 Hg，砷 As，硒 Se，锑 Sb，铋 Bi，碲 Te，锡 Sn，锗 Ge，铅 Pb，锌 Zn，镉 Cd ，检测浓度在微克级。对于汞，比较特殊，水中的汞被硼氢化钾还原为汞单质，并不生成氢化物，应此可以用冷原子荧光法检测。氢化物发生-原子荧光法可以实现冷原子荧光的检测方法。（2）通常一个元素只有一个价态易生成氢化物。测汞时，水样需要消解，有机汞转化为无机汞，一价汞转变为 2价汞，2 价汞被还原为单质汞；测砷时，酸性条件下，通过加入硫脲、抗坏血酸将五价砷还原为三价砷，三价砷可
8、以生成氢化物；六价硒在强酸条件下，可以转变为四价硒，四价硒能生成氢化物；锑的测定是用酸性碘化钾将五价锑还原为三价锑，进行测定；天然水中铋只以三价形式存在，只有几种已知的不稳定铋酸盐和五氧化铋是以五价形式存在，据此对于铋的测定时试样只要求进行酸化；用高浓度的盐酸煮沸可以使 Te(VI)还原至 Te(IV)；（3）氢化物形成的化学反应:NaBH4+3H2O+HClHBO3+NaCl+8H （1）xH+Mn+MHn+（x-n）/2H 2 （2）四、氢化物发生-原子荧光光度计结构原 子 荧 光 分 析 仪 分 为 非 色 散 型 原 子 荧 光 分 析 仪 与 散 型 原 子 荧 光 分 析 仪 。这
9、 两 类 仪 器 的 结 构 基 本 相 似 ， 差 别 在 于 单 色 器 部 分 ， 也 就 是 对 生 成 的 荧 光 是否 进 行 分 光 。 两 类 仪 器 均 包 括 以 下 几 部 分 ：1、 激 发 光 源 ： 可 用 连 续 光 源 或 锐 线 光 源 。 常 用 的 连 续 光 源 是 氙 弧 灯 ， 常用 的 锐 线 光 源 是 高 强 度 空 心 阴 极 灯 、 无 极 放 电 灯 、 激 光 等 。 连 续 光 源 稳 定 ，操 作 简 便 ， 寿 命 长 ， 能 用 于 多 元 素 同 时 分 析 ， 但 检 出 限 较 差 。 锐 线 光 源 辐 射强 度 高 ，
10、 稳 定 ， 可 得 到 更 好 的 检 出 限 。 2、 原 子 化 器 ： 原 子 荧 光 分 析 仪 对 原 子 化 器 的 要 求 与 原 子 吸 收 光 谱 仪 基 本相 同 ， 主 要 是 原 子 化 效 率 要 高 。 氢化物发生-原子荧光光度计是专门设计的，是一个电炉丝加热的石英管，氩气作为屏蔽气，及载气。3、 光 学 系 统 ： 光 学 系 统 的 作 用 是 充 分 利 用 激 发 光 源 的 能 量 和 接 收 有 用 的荧 光 信 号 ， 减 少 和 除 去 杂 散 光 。 色 散 系 统 对 分 辨 能 力 要 求 不 高 ， 但 要 求 有 较大 的 集 光 本 领
11、 ， 常 用 的 色 散 元 件 是 光 栅 。 非 色 散 型 仪 器 的 滤 光 器 用 来 分 离 分析 线 和 邻 近 谱 线 ， 降 低 背 景 。 非 色 散 型 仪 器 的 优 点 是 照 明 立 体 角 大 ， 光 谱 通带 宽 ， 集 光 本 领 大 ， 荧 光 信 号 强 度 大 ， 仪 器 结 构 简 单 ， 操 作 方 便 。 缺 点 是 散射 光 的 影 响 大 。 4、 检 测 器 ： 常 用 的 是 日 盲 光 电 倍 增 管 ， 在 多 元 素 原 子 荧 光 分 析 仪 中 ，也 用 光 导 摄 象 管 、 析 象 管 做 检 测 器 。 检 测 器 与 激
12、发 光 束 成 直 角 配 置 ， 以 避 免激 发 光 源 对 检 测 原 子 荧 光 信 号 的 影 响 。5、 氢化物发生器：（1) 间断法，在玻璃或塑料制发生器中加入分析溶液，通过电磁阀或其他方法控制 NaBH4 溶液的加入量，并可自动将清洗水喷洒在发生器的内壁进行清洗，载气由支管导入发生器底部，利用载气搅拌溶液以加速氢化反应，然后将生成的氢化物导入原子化器中。测定结束后将废液放出，洗净发生器，加入第二个样品如前述进行测定，由于整个操作是间断进行的，故称为间断法。这种方法的优点是装置简单、灵敏度（峰高方式）较高。这种进样方法主要在氢化物发生技术初期使用，现在有些冷原子吸收测汞仪还使用，
13、缺点是液相干扰较严重。 （2）连续流动法： 连续流动法是将样品溶液和NaBH4 溶液由蠕动泵以一定速度在聚四氟乙烯的管道中流动并在混合器中混合，然后通过气液分离器将生成的气态氢化物导入原子化器，同时排出废液。采用这种方法所获得的是连续信号。该方法装置较简单，液相干扰少，易于实现自动化。由于溶液是连续流动进行反应，样品与还原剂之间严格按照一定的比例混合，故对反应酸度要求很高的那些元素也能得到很好的测定精密度和较高的发生效率。连续流动法的缺点是样品及试剂的消耗量较大，清洗时间较长。这种氢化物发生器结构比较复杂，整个发生系统包括两个注射泵，一个多通道阀，一套蠕动泵及气液分离系统；整个氢化物发生系统价
14、格昂贵。如下图:(3) 断续流动法：针对连续流动法的不足，在保留其优点的基础上，1992 年，断续流动氢化物发生器的概念首先由西北有色地质研究院郭小伟教授提出，它是一种集结了连续流动与流动注射氢化物发生技术各自优点而发展起来的一种新的氢化物发生装置。此后由海光公司将这种氢化物发生器配备在一系列商品化的原子荧光仪器上，从而开创了半自动化及全自动化氢化物发生原子荧光光谱仪器的新时代。它的结构几乎和连续流动法一样，只是增加了存样环。仪器由微机控制，按下述步骤工作：在第一步时，蠕动泵转动一定的时间，样品被吸入并存贮在存样环中，但未进入混合器中。与此同时，NaBH4 溶液也被吸入相应的管道中。在第二步骤
15、时泵停止运转以便操作者将吸样管放入载流中。在第三步骤时，泵高速转动，载流迅速将样品进入混合器，使其与NaBH4反应，所生成的氢化物经气液分离后进入原子化器。(4) 流动注射氢化物技术 :流动注射氢化物发生技术是结合了连续流动和断续流动进样的特点，通过程序控制蠕动泵，将还原剂 NaBH4 溶液和载液 HCl注入反应器，又在连续流动进样法的基础上增加了存样环，样品溶液吸入后储存在取样环中，待清洗完成后再将样品溶液注入反应器发生反应，然后通过载气将生成的氢化物送入石英原子化器进行测定。五、原子荧光分析方法操作规程1、断电状态下，安装待测元素灯，AFS-830 双道原子荧光光度计可同时装入两个阴极灯。
16、 2、打开高纯氩气瓶，压力设为 0.2Mpa-0.3 Mpa。3、通电，先开电脑，然后再开仪器主机。 4、调节灯高，使元素灯聚焦于一面，调节炉高到所测元素的最佳高度。向二级气液分离器中注高纯水，以封住大气连通口。5、打开操作软件操作界面，设定操作参数，选择“点火” ，等仪器预热2030 分钟后，压紧泵管压块，开始测定。6、测量完毕，将进样管与还原剂管插入高纯水中进行系统清洗，点在 “blank”（“空白” ）中点“测量” ，等待清洗完毕，用同样方法用空气将系统中的水排出。 7、松开泵管压块，在软件界面中“仪器条件”下按“熄火” ，退出界面，关闭主机，关闭气瓶，关闭电源。六、参数设定（1）原子化器的观察高度原子化器观察高度是影响检出信号的一个重要参数，从试验中可以看出，降低原子化器观察高度，检出信号有所增强（原子密度大） ，但背景信号相应增高，提高原子化器观察高度，检出信号逐渐减弱，背景信号也相应减小，当原子化器
