1、2022-5-23一、一、概述概述generalization二、基本原理二、基本原理basic theory三、原子荧光光度计三、原子荧光光度计atomic fluorescence spectrometry原子荧光光谱原子荧光光谱分析法分析法第三章第三章atomic fluorescence spectrometry,AFE2022-5-23一、一、概述概述1、荧光现象的研究历史、荧光现象的研究历史 1575年，西班牙的内科医生和植物学家，西班牙的内科医生和植物学家N.Monardes首次记录了首次记录了荧光现象：当紫外光照射到某些物质的时候，：当紫外光照射到某些物质的时候，这些物质会发射
2、出各种颜色和不同强度的可见光，而当紫这些物质会发射出各种颜色和不同强度的可见光，而当紫外光停止照射时，这种光线也随之很快地消失，这种光线外光停止照射时，这种光线也随之很快地消失，这种光线成为荧光。成为荧光。 后来，人们经过的努力，总结了多种后来，人们经过的努力，总结了多种荧光现象，发展，发展了荧光理论。了荧光理论。 2022-5-23需要和荧光区分开来的几个概念需要和荧光区分开来的几个概念 l荧光：由光照激发所引起的发光称为光致发光；荧光：由光照激发所引起的发光称为光致发光；原子原子或分子或分子吸收光子而被激发，然后再释放光能，发吸收光子而被激发，然后再释放光能，发射出光子射出光子( (荧光荧
3、光) )。原子荧光发射线光谱，。原子荧光发射线光谱，分子荧光发分子荧光发射带光谱射带光谱。l(荧光棒荧光棒)化学发光：由化学反应所引起的发光；化学发光：由化学反应所引起的发光；l荧光屏发光：由荧光屏发光：由阴极射线阴极射线（高能电子束流）所引起的发光；（高能电子束流）所引起的发光；l萤光：生物体的冷发光现象，是生物发光。萤光：生物体的冷发光现象，是生物发光。2022-5-23 通过测定气态基态原子在辐射能作用下发射通过测定气态基态原子在辐射能作用下发射的荧光强度进行定量分析的一种的荧光强度进行定量分析的一种发射光谱分析发射光谱分析方方法。法。 从发光机理来看属于发射光谱分析，可是从发光机理来看
4、属于发射光谱分析，可是它又与原子吸收光谱法有许多相似之处（原子化它又与原子吸收光谱法有许多相似之处（原子化器），因此，可以认为它是原子发射光谱分析和器），因此，可以认为它是原子发射光谱分析和原子吸收光谱分析的综合和发展。原子吸收光谱分析的综合和发展。 1964年以后发展起来的分析方法，适用于低年以后发展起来的分析方法，适用于低含量元素的分析。含量元素的分析。2022-5-23原子荧光与原子发射光谱的激发机理原子荧光与原子发射光谱的激发机理有何不同？有何不同？原子发射光谱原子发射光谱l原子受热运动粒子非弹性碰撞而被激发，各能级原子受热运动粒子非弹性碰撞而被激发，各能级激发态原子数遵守激发态原子数
5、遵守BoltzmannBoltzmann分布，辐射出原子分布，辐射出原子发射光谱。发射光谱。原子原子荧光荧光光谱光谱l原子吸收光子而被光致激发，吸收具有选择性，原子吸收光子而被光致激发，吸收具有选择性，各能激发态原子数不遵守分布，再辐射的原子荧各能激发态原子数不遵守分布，再辐射的原子荧光光谱比较简单光光谱比较简单。 2022-5-233.特点特点优点优点:l(1) 检出限低、灵敏度高检出限低、灵敏度高 Cd：10-12 g cm-3； Zn：10-11 g cm-3；20种元素优种元素优于于AASl (2) 谱线简单、干扰小谱线简单、干扰小l (3) 线性范围宽线性范围宽l (4) 易实现多元
6、素同时测定易实现多元素同时测定缺点缺点:l (1)存在荧光存在荧光猝灭效应、散射光干扰等问题；灭效应、散射光干扰等问题；l (2)可测量的元素不多，应用不广泛可测量的元素不多，应用不广泛l (3)不适用于高含量元素分析不适用于高含量元素分析2022-5-23二、基本原理二、基本原理 1 1原子荧光光谱的产生过程原子荧光光谱的产生过程 过程：过程： 当气态原子当气态原子受到强特征辐射受到强特征辐射时，由基态跃迁到激时，由基态跃迁到激发态，约在发态，约在10-8s后，再后，再由激发态跃迁回到基态由激发态跃迁回到基态或低能态或低能态，辐，辐射出射出与吸收光波长相同或不同与吸收光波长相同或不同的荧光；
7、的荧光； 特点：特点： （1）属光致发光；二次发光；）属光致发光；二次发光； （2）激发光源停止后，荧光立即消失；）激发光源停止后，荧光立即消失； （3）发射的荧光强度与照射的光强有关；）发射的荧光强度与照射的光强有关； （4）不同元素的荧光波长不同；）不同元素的荧光波长不同； （5）浓度很低时，强度与蒸气中该元素的密度成正比）浓度很低时，强度与蒸气中该元素的密度成正比。2022-5-23 2. 2.原子荧光的产生类型原子荧光的产生类型 三种类型：共振荧光、非共振荧光与敏化荧光三种类型：共振荧光、非共振荧光与敏化荧光（1 1）共振荧光）共振荧光 共振荧光共振荧光：气态原子吸收共振线被激发后，激
8、发态原子气态原子吸收共振线被激发后，激发态原子再发射出与共振线再发射出与共振线波长相同波长相同的荧光；见图的荧光；见图A A、C C； 热共振荧光热共振荧光：若原子受热激发处于亚：若原子受热激发处于亚稳态，再吸收光辐射进一步激发，然后再稳态，再吸收光辐射进一步激发，然后再发射出相同波长的共振荧光；见图发射出相同波长的共振荧光；见图B B、D D； 由于相应于原子的激发态和基态之间由于相应于原子的激发态和基态之间的共振跃迁的几率一般比其它跃迁的几率的共振跃迁的几率一般比其它跃迁的几率大得多，所以共振跃迁产生的谱线是对分大得多，所以共振跃迁产生的谱线是对分析最有用的共振荧光。析最有用的共振荧光。
9、如锌原子：如锌原子：213.86nm2022-5-23（2 2）非共振荧光）非共振荧光 当荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光；当荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光；分为：直跃线荧光、阶跃线荧光、分为：直跃线荧光、阶跃线荧光、anti-Stokesanti-Stokes荧光三种；荧光三种； 直跃线荧光（直跃线荧光（StokesStokes荧光）荧光）：跃回到高于基态的亚稳态跃回到高于基态的亚稳态时所发射的荧光；荧光波长时所发射的荧光；荧光波长大于大于激发线波长（荧光能量间隔激发线波长（荧光能量间隔小于激发线能量间隔）；小于激发线能量间隔）；a b c d2022-5-23直直 跃
10、线荧光（跃线荧光（StokesStokes荧光）荧光）PbPb原子：原子：吸收线吸收线283.13 283.13 nmnm；荧光线；荧光线407407.78.78nmnm；同时存在两种形式：同时存在两种形式：铊原子：铊原子：吸收线吸收线337.6 337.6 nmnm；共振荧光线；共振荧光线337337.6.6nmnm；直跃线荧光直跃线荧光535.0535.0nmnm；a b c d2022-5-23阶跃线荧光：阶跃线荧光： 光照激发，非辐射方式释放部分能量后，再发射荧光返回光照激发，非辐射方式释放部分能量后，再发射荧光返回基态；荧光波长基态；荧光波长大于大于激发线波长（荧光能量间隔小于激发线
11、能激发线波长（荧光能量间隔小于激发线能量间隔）量间隔）； 光照激发，再热激发，返至高于基态的能级，发射荧光，光照激发，再热激发，返至高于基态的能级，发射荧光，图图( (c)c)B B、D D ；这种阶跃线荧光称为这种阶跃线荧光称为“热助阶跃线荧光热助阶跃线荧光”。a b c d2022-5-23anti-Stokesanti-Stokes荧光：荧光： 荧光波长荧光波长小于小于激发线波长激发线波长；先热激发再光照激发先热激发再光照激发( (或反或反之之) )，再发射荧光直接返回基态；图，再发射荧光直接返回基态；图( (d)d) ； 铟原子铟原子：先热激发，再吸收光跃迁：先热激发，再吸收光跃迁45
12、1.13451.13nmnm；发射荧光发射荧光410.18410.18nmnm， 图图( (d)d)A A、C C ；a b c d2022-5-23（3 3）敏化荧光）敏化荧光 受光激发的原子受光激发的原子A A与另一种原子与另一种原子B B碰撞时，把激发能传递碰撞时，把激发能传递另一个原子另一个原子B B使其激发，后者发射荧光；使其激发，后者发射荧光； 火焰原子化中观察不到敏化荧光；火焰原子化中观察不到敏化荧光； 非火焰原子化中可观察到。非火焰原子化中可观察到。 所有类型中，共振荧光强度最大，最为有用。所有类型中，共振荧光强度最大，最为有用。2022-5-23 3. 3.荧光猝灭与荧光量子
13、效率荧光猝灭与荧光量子效率 荧光猝灭荧光猝灭： 受激发原子与其他粒子碰撞，能量以热或其受激发原子与其他粒子碰撞，能量以热或其他非荧光发射方式给出，产生非荧光去激发过程，使荧光减他非荧光发射方式给出，产生非荧光去激发过程，使荧光减弱或完全不发生的现象。弱或完全不发生的现象。 荧光猝灭程度与原子化气氛有关，火焰中主要的荧光猝荧光猝灭程度与原子化气氛有关，火焰中主要的荧光猝灭剂有灭剂有CO、CO2，N2等，因此原子荧光分析尽量不用含碳等，因此原子荧光分析尽量不用含碳的燃料气体，而用氢的燃料气体，而用氢-氩或氩稀释的氢氩或氩稀释的氢-氧火焰。氩气气氛中氧火焰。氩气气氛中荧光猝灭程度最小。荧光猝灭程度最
14、小。 荧光量子效率荧光量子效率：单位时间内单位时间内,荧光辐射的量子数与被吸收荧光辐射的量子数与被吸收的量子数之比的量子数之比 = f / a f 发射荧光的光量子数； a吸收的光量子数之比； 2022-5-234.4.待测原子浓度与荧光的强度的关系待测原子浓度与荧光的强度的关系 当光源强度稳定、辐射光平行、自吸可忽略当光源强度稳定、辐射光平行、自吸可忽略 ，发射荧光，发射荧光的强度的强度 If 正比于基态原子对特定频率吸收光的吸收强度正比于基态原子对特定频率吸收光的吸收强度 Ia ； If = = Ia式中式中 为量子效率为量子效率在理想情况下：在理想情况下： ()0001lNafII Ae
15、IAl NI IAl NK c I0 原子化火焰单位面积接受到的光源强度；原子化火焰单位面积接受到的光源强度；A为受光照射在检测器中观为受光照射在检测器中观察到的有效面积；察到的有效面积；为吸光系数；为吸光系数；l 为吸收光程；为吸收光程；N为单位体积内的基态原为单位体积内的基态原子数；子数；2022-5-23三、原子荧光光度计三、原子荧光光度计 1 1仪器类型仪器类型 单通道：每次分析一个元素；单通道：每次分析一个元素； 多通道：每次可分析多个元素；多通道：每次可分析多个元素； 色散型：带分光系统；色散型：带分光系统； 非色散型：采用滤光器分离分析线和邻近线；非色散型：采用滤光器分离分析线和
16、邻近线； 特点：特点： 光 源 与检测器成一定角度；为什么? 2022-5-23多道原子荧光仪多道原子荧光仪 多个空心阴极灯同时照射，可同时分析多个元素多个空心阴极灯同时照射，可同时分析多个元素 2022-5-232 2主要部件主要部件光源：光源：可用锐线光源（可用锐线光源（HCL、高强度高强度HCL及无极放电灯）及无极放电灯）或连续光源（氙弧灯）；激光和或连续光源（氙弧灯）；激光和ICP最好；最好；原子化装置：原子化装置：与原子吸收法相同与原子吸收法相同；但所用的火焰与但所用的火焰与AAS的不的不同，主要是因为在通常的同，主要是因为在通常的AAS火焰中，荧光猝灭严重，必须火焰中，荧光猝灭严重
17、，必须用用Ar稀释的火焰。稀释的火焰。色散系统：色散系统：非色散型用滤光器（因荧光光谱简单），色散型非色散型用滤光器（因荧光光谱简单），色散型荧光仪用光栅；荧光仪用光栅；检测系统：检测系统：色散型荧光仪用光电倍增管；非色散型用日盲光色散型荧光仪用光电倍增管；非色散型用日盲光电管电管 光源与检测器成光源与检测器成90：防止激发光源发射的辐射对原子：防止激发光源发射的辐射对原子荧光信号测定的影响。荧光信号测定的影响。2022-5-231.光源l光源的作用是使待测元素的原子激发而发射荧光。光源的作用是使待测元素的原子激发而发射荧光。原子荧光分析对激发光源的主要要求是：原子荧光分析对激发光源的主要要求
18、是： (1)强度大 荧光强度与激发光源强度成正比关系，采用高强度的光荧光强度与激发光源强度成正比关系，采用高强度的光源可提高测量灵敏度。源可提高测量灵敏度。 (2)稳定 保证分析的精密度高。光源发射线宽度对原子荧光不重保证分析的精密度高。光源发射线宽度对原子荧光不重要的。要的。l为消除因待测元素热激发产生的发射光谱的影响，必须对光为消除因待测元素热激发产生的发射光谱的影响，必须对光源进行调制。源进行调制。2022-5-232.原子化器l原子荧光分析对于火焰的要求与原子吸收分析原子荧光分析对于火焰的要求与原子吸收分析有所不向。有所不向。 为了获得低的检出限，原子荧光分析力求降为了获得低的检出限，
19、原子荧光分析力求降低火焰发射和低火焰发射和“闪烁闪烁”引起的噪声引起的噪声;l发射强度信号出现的波动称为噪声 为了获得较高的荧光效率，要求火焰气体的为了获得较高的荧光效率，要求火焰气体的荧光猝灭效应小。荧光猝灭效应小。2022-5-233.分光与检测系统l分光系统：光栅，作用是将待测元素的荧光分分光系统：光栅，作用是将待测元素的荧光分析线与其他谱线分开。析线与其他谱线分开。l原子荧光光谱简单，谱线干扰少，因此对单色原子荧光光谱简单，谱线干扰少，因此对单色器分辨率要求不高。器分辨率要求不高。l原于荧光分析对检测系统的要求是灵敏度高，原于荧光分析对检测系统的要求是灵敏度高，噪声小，以提高信噪比噪声
20、小，以提高信噪比仪器仪器光源光源样品容器样品容器分光系统分光系统光电转换光电转换信号处理器信号处理器光源灯或光源灯或激光激光样品容器样品容器分光系统分光系统光电转换光电转换信号处理器信号处理器光源光源+ +样品样品分光系统分光系统光电转换光电转换信号处理器信号处理器原子吸收原子吸收原子荧光原子荧光原子发射原子发射本本 章章 小小 结结 本章主要讲述了原子荧光光谱法的基本原理、本章主要讲述了原子荧光光谱法的基本原理、仪器基本装置、光谱定量分析方法。仪器基本装置、光谱定量分析方法。1 1原子原子荧光荧光光谱分析法是利用光谱分析法是利用原子在辐射激发下原子在辐射激发下发射的荧光强度发射的荧光强度来定
21、量分析的方法来定量分析的方法。(1)(1)三种类型三种类型原子荧光原子荧光：共振荧光、非共振荧光与：共振荧光、非共振荧光与敏化荧光敏化荧光(2)(2)两个重要概念荧光猝灭与荧光量子效率荧光猝灭与荧光量子效率(3)(3)待测原子浓度与荧光的强度待测原子浓度与荧光的强度的关系的关系fIK c2 2 .原子荧光光计计主要由光源、原子化器、分光原子荧光光计计主要由光源、原子化器、分光系统、检测系统组成，与原子吸收光谱仪类似。系统、检测系统组成，与原子吸收光谱仪类似。光源：光源：可用锐线光源或连续光源（氙弧灯）可用锐线光源或连续光源（氙弧灯）,激光和激光和ICP；原子化装置：原子化装置：与与AAS法相同。所用的火焰与法相同。所用的火焰与AAS的不同。的不同。色散系统：色散系统：滤光器、光栅；滤光器、光栅；检测系统：检测系统：光电倍增管光电倍增管
