1、原子荧光仪器原理原子荧光仪器原理、结构结构及操作及操作1.1.18591859年克希霍夫研究太阳光时开始原子荧光理论的研究年克希霍夫研究太阳光时开始原子荧光理论的研究 2.2.19021902年胡克等研究原子荧光现象，观察到了钠的荧光现象年胡克等研究原子荧光现象，观察到了钠的荧光现象3.3.19641964年威博尼尔提出原子荧光光谱法，可作为一种化学分析方年威博尼尔提出原子荧光光谱法，可作为一种化学分析方法法4.804.80年代，我国科技工作者对原子荧光光谱仪作出很大贡献，其年代，我国科技工作者对原子荧光光谱仪作出很大贡献，其中郭小伟等非色散原子荧光光谱仪，采用无机放电灯、氢化物中郭小伟等非色
2、散原子荧光光谱仪，采用无机放电灯、氢化物法对仪器商品化起到很大作用法对仪器商品化起到很大作用AFS被广泛地应用于各领域：地质样品分析冶金样品分析生物样品分析农业样品分析环境样品分析食品分析药材药品分析轻工化妆品分析原子荧光光谱概述原子荧光光谱概述原子荧光光谱的产生原理原子荧光光谱的产生原理原子荧光光谱的定量基础原子荧光光谱的定量基础概述概述 原子荧光光谱法（AFS）是一种痕量分析技术，是原子光谱法中的一个重要分支。是介于原子发射光谱法(AES)和原子吸收光谱法(AAS)之间的光谱分析技术，所用仪器及操作技术与原子吸收光谱法相近。AFSAFS的优点的优点某些元素的灵敏度与检出限优于AAS与AES
3、谱线简单,干扰少结构简单，价格便宜方法精确度类似于AAS，优于AES关于消除干扰、基体改进剂以及其他联用技术如氢化法、流动注射等也适用AFSAFS的缺点的缺点有些元素灵敏度差，线性范围窄荧光弱，杂散光影响干扰大应用元素范围有限AFSAFS与与AASAAS的关系的关系两者的共同点两者的区别AFSAFS与与AASAAS的共同点的共同点 需要将分析试样有效地原子化 选择合适的光源，使分析样的基态原子有效地吸收光能 产生的光谱在可见到紫外波段 仪器同是由四个组成部分，有某些相似的要求 化学组成的干扰有相似之处AFSAFS与与AASAAS的区别的区别 原子吸收属于吸收光谱，原子荧光属于发射光谱原子吸收属
4、于吸收光谱，原子荧光属于发射光谱 原子荧光不一定要求同种原子的锐线光源辐射原子荧光不一定要求同种原子的锐线光源辐射 荧光强度微弱，要考虑弱信号检测和杂散光等干扰荧光强度微弱，要考虑弱信号检测和杂散光等干扰 原子荧光谱线简单，结构简单原子荧光谱线简单，结构简单 原子荧光在某些元素的分析上更灵敏原子荧光在某些元素的分析上更灵敏原子荧光的产生原子荧光的产生 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
5、。产生气态自由原子的方式有火焰、石墨炉、电激发、热激发、电感耦合等离子焰。在AFS中主要是火焰。原子荧光类型可分为三类 共振荧光 非共振荧光 敏化荧光共振荧光共振荧光 荧光线与激发线的波长相同荧光线与激发线的波长相同如：锌原子吸收如：锌原子吸收213.86nm213.86nm的光，它发射荧光的波长也的光，它发射荧光的波长也213.86nm213.86nm非共振荧光非共振荧光 荧光线与激发线的波长不同荧光线与激发线的波长不同1.1.直跃性荧光直跃性荧光当处于基态的电子受当处于基态的电子受激跃迁至高能态，处激跃迁至高能态，处于高能态的激发态电于高能态的激发态电子在跃迁到低能态（子在跃迁到低能态（但
6、不是基态）所发射但不是基态）所发射出的荧光被称为直跃出的荧光被称为直跃线荧光线荧光非共振荧光非共振荧光2.2.阶跃性荧光阶跃性荧光当电子从基态跃迁至高能态后当电子从基态跃迁至高能态后,由于受激碰撞损失部分能量而降至较低由于受激碰撞损失部分能量而降至较低的能态。从较低能态回到基态时所发出的荧光称为阶跃线荧光的能态。从较低能态回到基态时所发出的荧光称为阶跃线荧光非共振荧光非共振荧光3.3.多光子荧光多光子荧光敏化荧光敏化荧光 受激发的原子与另一种原子碰撞时，把激发能传受激发的原子与另一种原子碰撞时，把激发能传递给另一个原子使其激发，后者再从辐射形式去递给另一个原子使其激发，后者再从辐射形式去激发而
7、发射荧光即为敏化荧光。激发而发射荧光即为敏化荧光。大多数分析涉及大多数分析涉及共振荧光共振荧光，因为其跃迁几率最大且用普通光源，因为其跃迁几率最大且用普通光源就可以获得相当高辐射密度。就可以获得相当高辐射密度。敏化荧光和多光子荧光很少用于分析，因为产生的荧光辐射密敏化荧光和多光子荧光很少用于分析，因为产生的荧光辐射密度低。度低。测定原子荧光的强度即可求得待测样品中该元素的含量测定原子荧光的强度即可求得待测样品中该元素的含量。If荧光强度荧光强度 为荧光量子效率为荧光量子效率 Ia 吸收光的强度吸收光的强度 氢化物发生氢化物发生-原子荧光光谱分析流程（动画）原子荧光光谱分析流程（动画）氢化物发生
8、法的原理氢化物发生法的原理截流截流/样品样品KBH4WAr氢化物发生法的类型氢化物发生法的类型 金属金属-酸还原体系；酸还原体系；碱性模式还原体系；碱性模式还原体系；电解还原体系；电解还原体系；硼氢化物硼氢化物-酸还原体系酸还原体系主要采用主要采用硼氢化物硼氢化物-酸还原体系酸还原体系1 1）金属）金属酸还原体系（酸还原体系（MarshMarsh反应）反应）Zn+2HCL-ZnCl2+2H nH+Mm+-MHn+H2 缺点：缺点：能发生氢化物的元素较少；反应速度慢大约需要能发生氢化物的元素较少；反应速度慢大约需要1010分钟；干扰较为严重。分钟；干扰较为严重。2 2）硼氢化钠）硼氢化钠酸还原体
9、系酸还原体系 酸化过的样品溶液中的砷、铅、锑、硒等元素与还原剂（酸化过的样品溶液中的砷、铅、锑、硒等元素与还原剂（一般为硼氢化钾或钠）反应在氢化物发生系统中生成氢化物一般为硼氢化钾或钠）反应在氢化物发生系统中生成氢化物 NaBH4+3H2O+H+=H3BO3+Na+8H*+Em+=EHn+H2(气体）气体）式中式中Em+Em+代表待测元素，代表待测元素，EHnEHn为气态氢化物为气态氢化物该体系克服或大大减少了金属该体系克服或大大减少了金属-酸还原体系的缺点，在还原能力酸还原体系的缺点，在还原能力、反应速度、自动化操作、抗干扰程度以及适用的元素数目等、反应速度、自动化操作、抗干扰程度以及适用的
10、元素数目等诸多方面表现出极大的优越性。诸多方面表现出极大的优越性。3 3）碱性体系：）碱性体系：在碱性试样在碱性试样底液中底液中引入引入NaBH4和酸进行氢化反应和酸进行氢化反应.在在NaOH强碱性介质中氢化元素形成强碱性介质中氢化元素形成可溶性含氧酸盐可溶性含氧酸盐，可消，可消除铁、铂、铜族元素的化学干扰除铁、铂、铜族元素的化学干扰。4 4）电化学方法）电化学方法 在在5%KOH碱性介质中，用电解法在铂电极上还原砷和锡碱性介质中，用电解法在铂电极上还原砷和锡，优点是空白低，选择性好，优点是空白低，选择性好氢化物发生法的优点氢化物发生法的优点分析元素能够与可能引起干扰的样品基体分离，消除了分析
11、元素能够与可能引起干扰的样品基体分离，消除了干扰；干扰；与溶液直接喷雾进样相比，氢化物能将待测元素充分预与溶液直接喷雾进样相比，氢化物能将待测元素充分预富集，进样效率将近富集，进样效率将近100%100%；连续氢化物发生装置易于实现自动化；连续氢化物发生装置易于实现自动化；生成的气态氢化物在形成的氩氢火焰石英管原子化器中生成的气态氢化物在形成的氩氢火焰石英管原子化器中有极高的原子化效率；有极高的原子化效率；不同价态的元素氢化物发生实现条件不同，可进行价态不同价态的元素氢化物发生实现条件不同，可进行价态分析分析。氢化物发生法的干扰因素氢化物发生法的干扰因素1 1、种类、种类2 2、干扰的消除、干
12、扰的消除液相干扰：络合掩蔽、分离（沉淀、萃取）、加入抗干扰元素、改变酸度液相干扰：络合掩蔽、分离（沉淀、萃取）、加入抗干扰元素、改变酸度、改变还原剂的浓度等。、改变还原剂的浓度等。气相干扰：防止干扰元素生成气态化合物、提高石英原子化器的温度等气相干扰：防止干扰元素生成气态化合物、提高石英原子化器的温度等游离基游离基效率效率动力学动力学原子化干扰原子化干扰传输过程传输过程发生效率发生效率氢化物发生氢化物发生气相干扰气相干扰分类分类液相干扰液相干扰测定元素测定元素（4）能用原子荧光法检测的元素及价态 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
13、，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。通常一个元素只有一个价态易生成氢化物氢化物发生氢化物发生-原子荧光光度计结构及使用原子荧光光度计结构及使用原子荧光光度计原子荧光光度计仪器结构仪器结构 光源光源 光学系统光学系统 原子化系统原子化系统 气路系统气路系统 光电检测光电检测 信号处理信号处理 数据处理数据处理 计算机控制系统计算机控制系统仪器结构仪器结构要求：要求：要有足够的辐射强度要有足够的辐射强度光谱纯度高，背景低光谱纯度高，背景低辐射能量稳定性好辐射能量稳定性好使用寿命长，操作和维护方便使用寿命长，操作和维护方便光源的种类光源的种类
14、空心阴极灯（包括高强度灯和可拆卸灯）空心阴极灯（包括高强度灯和可拆卸灯）无极放电灯无极放电灯 金属蒸汽放电灯金属蒸汽放电灯 汞放电灯汞放电灯 微波诱导子焰微波诱导子焰 电感偶合等离子焰电感偶合等离子焰 可控温梯灯可控温梯灯 佩灯佩灯 可调谐染料激光可调谐染料激光 二极管激光二极管激光光源光源-空心阴极灯空心阴极灯普通普通 屏蔽屏蔽原子化系统原子化系统 原子化系统一般分为：原子化系统一般分为：火焰原子化系统火焰原子化系统 无火焰原子化系统（氢化物发生法）无火焰原子化系统（氢化物发生法）原子化系统一般由雾化器、多功能反应模块、蠕动泵、预混合雾原子化系统一般由雾化器、多功能反应模块、蠕动泵、预混合雾
15、室和燃烧器组成。室和燃烧器组成。氢化法原子化系统 1.蠕动泵2.多功能反应模块3.传输系统4.防爆塞5.原子化器6.O型圈7.辅气进气口8.载气进气口9.进样口10.还原剂进样口11.废液出口12.燃烧器电源插头原子化系统原子化系统-多功能反应模块多功能反应模块 多功能模块，它集溶液混合、氢化物反应、气水分离以及多功能模块，它集溶液混合、氢化物反应、气水分离以及水封等功能于一体，结构紧凑，效率高，使用方便。水封等功能于一体，结构紧凑，效率高，使用方便。原子化系统原子化系统-燃烧器燃烧器原子化系统原子化系统-原子化器原子化器1.1.炉套炉套2.2.定位孔定位孔3.3.电炉丝电炉丝4.4.石英原子
16、化器石英原子化器5.5.上固定孔上固定孔6.6.下固定孔下固定孔7.7.惰性气体导入管惰性气体导入管8.8.原子化器底座原子化器底座9.9.固定螺丝固定螺丝10.10.电源线插头电源线插头11.11.电炉丝固定螺帽电炉丝固定螺帽12.12.炉套固定螺丝炉套固定螺丝光学系统光学系统 原子荧光光谱仪的光学系统分为色散型和无色散型原子荧光光谱仪的光学系统分为色散型和无色散型 色散型色散型-由激发光源、原子化器、单色器及接收放大器组成由激发光源、原子化器、单色器及接收放大器组成无色散型无色散型-由激发光源、原子化器、滤光片及日盲光电倍增管组成由激发光源、原子化器、滤光片及日盲光电倍增管组成 光学系统光
17、学系统光学系统光学系统色散与无色散系统比较的优缺点色散与无色散系统比较的优缺点 体系优点缺点色散体系1.广泛的波长范围2.分离散射光的能力较强3.灵活性较大，转动光源即可选择分析元素4.可以采用灵敏的宽波长范围的光电倍增管1.价格较高2.必须调整波长3.有可能产生波长漂移4.与无色散体系相比，接受荧光的立体角较小无色散体系1.仪器简单而便宜2.不存在波长漂移3.较好的检出限1.较易受到散射干扰2.较易受到光谱干扰3.对光源的纯度有较高的要求气路系统气路系统 仪器所需的工作气体仪器所需的工作气体(压缩空气、燃气、氩气压缩空气、燃气、氩气)均由流量器来控制均由流量器来控制流量流量,在火焰法与氢化物
18、发生法相互切换时，只需将氩气换为压在火焰法与氢化物发生法相互切换时，只需将氩气换为压缩空气，然后打开燃气即可。主气与金属套玻璃高效喷雾器缩空气，然后打开燃气即可。主气与金属套玻璃高效喷雾器(火火焰法焰法)和特制多功能反应模块和特制多功能反应模块(氢化物发生法氢化物发生法)接口之间是自动切接口之间是自动切换。在火焰法中，燃气与经雾化样品混合均匀后燃烧，压缩空气换。在火焰法中，燃气与经雾化样品混合均匀后燃烧，压缩空气作为主气将样品雾化，作为辅气辅助燃气燃烧；在氢化物发生法作为主气将样品雾化，作为辅气辅助燃气燃烧；在氢化物发生法中，氩气作为载气和屏蔽气。中，氩气作为载气和屏蔽气。气路系统气路系统连续
19、流动氢化物发生装置图断续流动氢化物发生装置图流动注射氢化物发生装置图原子荧光光度计原子荧光光度计（AFS-930）操作规程操作规程（视频素材）参数设定参数设定 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，当原子化器观察高度为10mm时，检出信号/背景信号相对强度最大，原子化效率最高，样品测定选择8-10mm。2、负高压的选择 随着负高压的增大，信号强度增强，但噪声也相应增大，负高压过高过低信号强度值都不稳定。试验表明负
20、高压为300-350V时，检出信号/背景信号相对强度最好。3、空芯阴极灯电流的选择 根据灯电流与检出信号强度的关系，灯电流为通常60mA时，所得的信背比最高，在能满足检测条件的情况下，应尽量采用低电流，同时不要超过最大使用电流，以延长灯的寿命。测汞时，电流选10-15mA。4、载气、屏蔽气流速的确定 样品与硼氢化钾反应后生成的气态氢化物是由载气携带至原子化器的，因此载气流速对样品的检出信号具有重要作用。从实测的载气流速与检出信号相对强度的关系中可见，较小的载气流速有利于信号强度的增强，但载气流速过小不利于氢-氩焰的稳定，也难以迅速地将氢化物带入石英炉，过高的载气量会冲稀原子的浓度，当载气流速为
21、300至400ml/min时，检出信号/背景信号相对强度最好，样品测定选择载气流速为300ml/min。而屏蔽气的流速对检出信号强度没有显著影响，选择1000ml/min。5、硼氢化钾浓度的影响 结果表明，当硼氢化钾/氢氧化钾的浓度为在2%/0.5%附近时，信号强度基本不变，而硼氢化钾进一步增高将导致检出信号下降，这是由于高浓度硼氢化钾产生大量的氢气稀释了待测元素氢化物。单测汞时，当硼氢化钾/氢氧化钾的浓度为0.2%/0.5%附近较为适合。6、样品溶液的酸度 氢化物发生反应要求有适宜的酸度，盐酸浓度为2%-5%较为适宜。检出限与相对标准偏差测定检出限与相对标准偏差测定 1、相对标准偏差（RSD
22、）的测定：本仪器定义相对标准偏差为以最低检出限50100倍浓度的标准溶液进行连续11次测定的荧光值的标准偏差除以测量平均值：SD为标准偏差，即连续11次测量标准溶液的荧光信号的标准偏差。其中：本仪器在测量过程中，进行连续15次测量，取最后11次测量的荧光值进行计算。2、检出限（DL）的测量：本仪器的检出限由下式求得：DL=3SD/K SD为标准偏差，即连续11次测量空白溶液的荧光信号的标准偏差。其中：Xi为单次标准溶液的测量值。K为工作曲线的斜率，K=IF/C。式中IF 为对应标准溶液的荧光信号值。测量中注意事项测量中注意事项（1）高浓度样品要事先稀释，否则管路污染，很难清洗，尤其是测汞。（2）测量无信号或信号异常（所有曲线测量值很小）1）、仪器电路故障：判断方法：在灯能量显示处反射，有能量带变化，仪器电路正常。否则，仪器电路不正常。2）、反应系统：管道堵、漏，水封无水、未进或进不足样品和还原剂（检查进样管路），氢化物未进入原子化器 3）、未形成氩氢火焰：还原剂是否现配、还原剂浓度、酸度不够，产生的氢气量太少，点火炉丝位置与石英炉芯的出口相距远。4）、反应条件不正确
