原子荧光光度计介绍原子荧光 光度计的原理 ，分析方法， 检测精度，以 及与其他仪器 的联用技术 原子荧光光度计-概述 n利用原子荧光谱线的波长和强度进行物质 的定性与定量分析的方法原子蒸气吸收 特征波长的辐射之后，原子激发到高能级 ，激发态原子接着以辐射方式去活化，由 高能级跃迁到较低能级的过程中所发射的 光称为原子荧光当激发光源停止照射之 后，发射荧光的过程随即停止 n原子荧光可分为 3类：即共振荧光、非共振 荧光和敏化荧光，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 发态原子由高能级跃迁到高于基态的亚稳 能级所产生的荧光 n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 短敏化原子荧光是激发态原子通过碰撞 将激发能转移给另一个原子使其激发，后 者再以辐射方式去活化而发射的荧光。
原子荧光光度计n根据荧光谱线的波长可以进行定性分析 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 n原子荧光光谱仪分为色散型和非色散型两 类两类仪器的结构基本相似，差别在于 非色散仪器不用单色器色散型仪器由辐 射光源、单色器、原子化器、检测器、显 示和记录装置组成辐射光源用来激发原 子使其产生原子荧光 n可用连续光源或锐线光源，常用的连续光 源是氙弧灯，可用的锐线光源有高强度空 心阴极灯、无极放电灯及可控温度梯度原 子光谱灯和激光单色器用来选择所需要 的荧光谱线，排除其他光谱线的干扰原 子化器用来将被测元素转化为原子蒸气， 有火焰、电热、和电感耦合等离子焰原子 化器检测器用来检测光信号，并转换为 电信号，常用的检测器是光电倍增管显 示和记录装置用来显示和记录测量结果， 可用电表、数字表、记录仪等 n原子荧光光谱分析法具有设备简单、灵敏 度高、光谱干扰少、工作曲线线性范围宽 、可以进行多元素测定等优点在地质、 冶金、石油、生物医学、地球化学、材料 和环境科学等各个领域内获得了广泛的应 用 原子荧光光度计-基本原理 n原子荧光光度计是通过测量待测元素的原 子蒸气在辐射能激发下产生的荧光发射强 度，来确定待测元素含量的方法。
n气态自由原子吸收特征波长辐射后，原子 的外层电子从基态或低能级跃迁到高能级 经过约10-8s，又跃迁至基态或低能级，同 时发射出与原激发波长相同或不同的辐射 ，称为原子荧光原子荧光分为共振荧光 、直跃荧光、阶跃荧光等 n发射的荧光强度和原子化器中单位体积该 元素基态原子数成正比，式中：I f为荧光强 度；φ为荧光量子效率，表示单位时间内发 射荧光光子数与吸收激发光光子数的比值 ，一般小于1；Io为激发光强度；A为荧光 照射在检测器上的有效面积；L为吸收光程 长度；ε为峰值摩尔吸光系数；N为单位体 积内的基态原子数 n原子荧光发射中，由于部分能量转变成热 能或其他形式能量，使荧光强度减少甚至 消失，该现象称为荧光猝灭 原子荧光光度计-分析方法 n物质吸收电磁辐射后受到激发，受激原子 或分子以辐射去活化，再发射波长与激发 辐射波长相同或不同的辐射当激发光源 停止辐照试样之后，再发射过程立即停止 ，这种再发射的光称为荧光；若激发光源 停止辐照试样之后，再发射过程还延续一 段时间，这种再发射的光称为磷光荧光 和磷光都是光致发光 n原子荧光光谱分析法具有很高的灵敏度， 校正曲线的线性范围宽，能进行多元素同 时测定。
这些优点使得它在冶金、地质、 石油、农业、生物医学、地球化学、材料 科学、环境科学等各个领域内获得了相当 广泛的应用 原子荧光光度计-仪器构造 n原子荧光分析仪分非色散型原子荧光分析仪 与散型原子荧光分析仪这两类仪器的结构 基本相似，差别在于单色器部分两类仪器 的光路图如下图所示： n 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，稳定，可得到 更好的检出限 n 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 n3、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，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 n4、检测器：常用的是光电倍增管，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 原子荧光光度计-产生及类型 n当自由原子吸收了特征波长的辐射之后被 激发到较高能态，接着又以辐射形式去活 化，就可以观察到原子荧光原子荧光可 分为三类：共振原子荧光、非共振原子荧 光与敏化原子荧光 共振原子荧光 n原子吸收辐射受激后再发射相同波长的辐 射，产生共振原子荧光若原子经热激发 处于亚稳态，再吸收辐射进一步激原子荧 光光谱发，然后再发射相同波长的共振荧 光，此种共振原子荧光称为热助共振原子 荧光如In451.13nm就是这类荧光的例子 只有当基态是单一态，不存在中间能级， 没有其它类型的荧光同时从同一激发态产 生，才能产生共振原子荧光 非共振原子荧光 n当激发原子的辐射波长与受激原子发射的 荧光波长不相同时，产生非共振原子荧光 非共振原子荧光包括直跃线荧光、阶跃 线荧光与反斯托克斯荧光， n直跃线荧光是激发态原子直接跃迁到高于 基态的亚稳态时所发射的荧光，如 Pb405.78nm只有基态是多重态时，才能产 生直跃线荧光 n阶跃线荧光是激发态原子先以非辐射形式去 活化方式回到较低的激发态，再以辐射形式 去活化回到基态而发射的荧光；或者是原子 受辐射激发到中间能态，再经热激发到高能 态，然后通过辐射方式去活化回到低能态而 发射的荧光。
前一种阶跃线荧光称为正常阶 跃线荧光，如Na589.6nm，后一种阶跃线荧 光称为热助阶跃线荧光，如Bi293.8nm反斯 托克斯荧光是发射的荧光波长比激发辐射的 波长短，如In 410.18nm 原子荧光光度计 敏化原子荧光 n激发原子通过碰撞将其激发能转移给另一 个原子使其激发，后者再以辐射方式去活 化而发射荧光，此种荧光称为敏化原子荧 光火焰原子化器中的原子浓度很低，主 要以非辐射方式去活化，因此观察不到敏 化原子荧光 原子荧光光度计-优点 n原子荧光光谱法的优点： n（1）有较低的检出限，灵敏度高特别对 Cd、Zn等元素有相当低的检出限，Cd可达0 ．001ng•cm-3、Zn为0.04ng•cm-3现已有20 多种元素低于原子吸收光谱法的检出限 由于原子荧光的辐射强度与激发光源成比 例，采用新的高强度光源可进一步降低其 检出限 n（2）干扰较少，谱线比较简单，采用一些 装置，可以制成非色散原子荧光分析仪 这种仪器结构简单，价格便宜n（3）分析校准曲线线性范围宽，可达3～5 个数量级 n（4）由于原子荧光是向空间各个方向发射 的，比较容易制作多道仪器，因而能实现 多元素同时测定。
原子荧光光度计-联用技术 n离子色谱-蒸气发生/原子荧光及高效液相色谱-蒸 气发生/原子荧光联用技术应用于砷、汞元素形态 分析的新进展 n国际上对食品和环境科学中有毒、有害有机污染 物高度重视，且在有机污染物的监测分析有了很 大发展人们已越来越认识到砷、汞、硒、铅、 镉等元素不同化合物的形态其作用和毒性存在巨 大的差异例如砷是一种有毒元素，其毒性与砷 的存在形态密切相关，不同形态的毒性相差甚远 n无机砷包括三价砷和五价砷，具有强烈的 毒性，甲基砷如一甲基砷、二甲基砷的毒 性相对较弱而广泛存在于水生生物体内 的砷甜菜碱（AsB）、砷胆碱（AsC）、砷 糖（AsS）和砷脂（AsL）等则被认为毒性 很低或是无毒；以及汞元素的化学形态间 甲基汞（MMC）、乙基汞（EMC）、苯基 汞（PMC）和无机汞（MC），甲基汞的毒 性要比无机汞的毒性大得多因此，对某 些元素已不再是总量分析，而是进行各种 化合物的形态分析成为一种发展趋势n元素形态分析的主要手段是联用技术，即 将不同的元素形态分离系统与灵敏的检测 器结合为一体，实现样品中元素不同形态 的分离与测定目前国外采用联用技 术主要的有高效液相色谱-电感耦合等离子 体质谱（HPLC-ICP-MS）[16,17]和离子色谱 -电感耦合等离子体质谱（IC-ICP-MS）[18] 为主。
n蒸气发生/原子荧光光谱法（VG/AFS）最 大的优点是测定砷、汞、硒、铅和镉等元 素有较高的检测灵敏度，且选择性好，又 具有多元素检测能力的独特优势，而色谱 分离（离子色谱或高效液相色谱）对这些 元素是一种极为有效的手段因此，两者 结合的联用技术具有无可比拟的最佳效果 n 色谱分离与原子荧光光谱仪联用可获得高 灵敏度优势外，原子荧光光谱仪采用非色 散光学系统，仪器结构简单，制造成本低 ，仪器价格比AAS、ICP-AES、ICP-MS便宜 且原子荧光已具备有蒸气发生系统的专 用仪器因此，简化了仪器接口技术，以 及消耗气体量较少，分析成本低，易于推 广我们研制成功离子色谱-蒸气发生/原子 荧光光谱（IC-VG/AFS）和高效液相色谱- 蒸气发生/原子荧光光谱（HPLC-VG/AFS ）联用技术应用于砷、汞、硒元素形态分 析发挥了重要作用 n 北京瑞利分析仪器公司与中国科学院生态 环境研究中心合作开发了高效液相色谱-蒸 气发生/原子荧光光谱（HPLC-VG/AFS） 联用分析技术系统装置（见图9） 图9 原子荧光光谱仪与 高效液相色谱联用技术图8 离子色谱-原子荧光光谱联用技术 四种As化合物的分离色谱图仪器主要配置及测试条件 nAF-610D联用技术原子荧光光谱仪。
配置有高效 紫外光（UV）接口；联用技术色谱工作站（北京 瑞利分析仪器公司） nLC-10Atvp高效液相色谱泵（Shimadzu.Japan） ； nCLC-ODS柱：150×6 mm i.d，10μm填料（Shim- pack,Japan） n仪器工作条件以50%甲醇/水作流动相，含 10mMTBA和0.1M NaCI，流速为1.2mL/min，进 样体积20μL n高强度Hg空心阴极灯的灯电流为40 mA；负高压 280V；氩气流速200 mL/min四种汞化合物无机 汞（MC）、甲基汞（MMC）、乙基汞（EMC） 、苯基汞（PMC），在15min内实现了很好分离 ，色谱分离如图10所示 图图10 10 高液液相色谱高液液相色谱- -原子荧光光谱联用技术三种原子荧光光谱联用技术三种HgHg化合物的分离色谱图化合物的分离色谱图工作曲线及检出限 n根据不同形态的汞化合物其灵敏度不同， 在不同的线性范围内对无机汞和两种有机 汞化合物作了工作曲线三种化合物均成 良好的线性关系（见表8），与高效液相色 谱紫外检测器联用相比，两种有机汞化合 物的灵敏度提高了1000倍 表8 汞化合物的校准曲线及其检出 限 n汞化合物 校准曲线 相关系数 线性范围（ng） 检出限（ng） nMC Y=3197X+392.6 。