1、原子熒光光度計,介紹原子熒光光度計的原理，分析方法，檢測精度，以及與其他儀器的聯(lián)用技術(shù)。,原子熒光光度計-概述,利用原子熒光譜線的波長和強度進行物質(zhì)的定性與定量分析的方法。原子蒸氣吸收特征波長的輻射之后，原子激發(fā)到高能級，激發(fā)態(tài)原子接著以輻射方式去活化，由高能級躍遷到較低能級的過程中所發(fā)射的光稱為原子熒光。當(dāng)激發(fā)光源停止照射之后，發(fā)射熒光的過程隨即停止。,原子熒光可分為 3類：即共振熒光、非共振熒光和敏化熒光，其中以共振原子熒光最強，在分析中應(yīng)用最廣。共振熒光是所發(fā)射的熒光和吸收的輻射波長相同。只有當(dāng)基態(tài)是單一態(tài)，不存在中間能級，才能產(chǎn)生共振熒光。非共振熒光是激發(fā)態(tài)原子發(fā)射的熒光波長和吸收的輻

2、射波長不相同。非共振熒光又可分為直躍線熒光、階躍線熒光和反斯托克斯熒光。直躍線熒光是激發(fā)態(tài)原子由高能級躍遷到高于基態(tài)的亞穩(wěn)能級所產(chǎn)生的熒光。,階躍線熒光是激發(fā)態(tài)原子先以非輻射方式去活化損失部分能量，回到較低的激發(fā)態(tài)，再以輻射方式去活化躍遷到基態(tài)所發(fā)射的熒光。直躍線和階躍線熒光的波長都是比吸收輻射的波長要長。反斯托克斯熒光的特點是熒光波長比吸收光輻射的波長要短。敏化原子熒光是激發(fā)態(tài)原子通過碰撞將激發(fā)能轉(zhuǎn)移給另一個原子使其激發(fā)，后者再以輻射方式去活化而發(fā)射的熒光。,原子熒光光度計,根據(jù)熒光譜線的波長可以進行定性分析。在一定實驗條件下，熒光強度與被測元素的濃度成正比。據(jù)此可以進行定量分析。 原子熒光

3、光譜儀分為色散型和非色散型兩類。兩類儀器的結(jié)構(gòu)基本相似，差別在于非色散儀器不用單色器。色散型儀器由輻射光源、單色器、原子化器、檢測器、顯示和記錄裝置組成。輻射光源用來激發(fā)原子使其產(chǎn)生原子熒光。,可用連續(xù)光源或銳線光源，常用的連續(xù)光源是氙弧燈，可用的銳線光源有高強度空心陰極燈、無極放電燈及可控溫度梯度原子光譜燈和激光。單色器用來選擇所需要的熒光譜線，排除其他光譜線的干擾。原子化器用來將被測元素轉(zhuǎn)化為原子蒸氣，有火焰、電熱、和電感耦合等離子焰原子化器。檢測器用來檢測光信號，并轉(zhuǎn)換為電信號，常用的檢測器是光電倍增管。顯示和記錄裝置用來顯示和記錄測量結(jié)果，可用電表、數(shù)字表、記錄儀等。,原子熒光光譜分析

4、法具有設(shè)備簡單、靈敏度高、光譜干擾少、工作曲線線性范圍寬、可以進行多元素測定等優(yōu)點。在地質(zhì)、冶金、石油、生物醫(yī)學(xué)、地球化學(xué)、材料和環(huán)境科學(xué)等各個領(lǐng)域內(nèi)獲得了廣泛的應(yīng)用。,原子熒光光度計-基本原理,原子熒光光度計是通過測量待測元素的原子蒸氣在輻射能激發(fā)下產(chǎn)生的熒光發(fā)射強度，來確定待測元素含量的方法。 氣態(tài)自由原子吸收特征波長輻射后，原子的外層電子從基態(tài)或低能級躍遷到高能級經(jīng)過約10-8s，又躍遷至基態(tài)或低能級，同時發(fā)射出與原激發(fā)波長相同或不同的輻射，稱為原子熒光。原子熒光分為共振熒光、直躍熒光、階躍熒光等。,發(fā)射的熒光強度和原子化器中單位體積該元素基態(tài)原子數(shù)成正比，式中：I f為熒光強度；為熒光

5、量子效率，表示單位時間內(nèi)發(fā)射熒光光子數(shù)與吸收激發(fā)光光子數(shù)的比值，一般小于1；Io為激發(fā)光強度；A為熒光照射在檢測器上的有效面積；L為吸收光程長度；為峰值摩爾吸光系數(shù)；N為單位體積內(nèi)的基態(tài)原子數(shù)。 原子熒光發(fā)射中，由于部分能量轉(zhuǎn)變成熱能或其他形式能量，使熒光強度減少甚至消失，該現(xiàn)象稱為熒光猝滅。,原子熒光光度計-分析方法,物質(zhì)吸收電磁輻射后受到激發(fā)，受激原子或分子以輻射去活化，再發(fā)射波長與激發(fā)輻射波長相同或不同的輻射。當(dāng)激發(fā)光源停止輻照試樣之后，再發(fā)射過程立即停止，這種再發(fā)射的光稱為熒光；若激發(fā)光源停止輻照試樣之后，再發(fā)射過程還延續(xù)一段時間，這種再發(fā)射的光稱為磷光。熒光和磷光都是光致發(fā)光。,原子

6、熒光光譜分析法具有很高的靈敏度，校正曲線的線性范圍寬，能進行多元素同時測定。這些優(yōu)點使得它在冶金、地質(zhì)、石油、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、地球化學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等各個領(lǐng)域內(nèi)獲得了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。,原子熒光光度計-儀器構(gòu)造,原子熒光分析儀分非色散型原子熒光分析儀與散型原子熒光分析儀。這兩類儀器的結(jié)構(gòu)基本相似，差別在于單色器部分。兩類儀器的光路圖如下圖所示：,1、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，能用于多元素同時分析，但檢出限較差。銳線光源輻射強度高，穩(wěn)定，可得到更好的檢出限。 2、原子化器：原

7、子熒光分析儀對原子化器的要求與原子吸收光譜儀基本相同。,3、光學(xué)系統(tǒng)：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)點是照明立體角大，光譜通帶寬，集光本領(lǐng)大，熒光信號強度大，儀器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。缺點是散射光的影響大。,4、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。,原子熒光光度計-產(chǎn)生及類型,當(dāng)自由原子

8、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)，再吸收輻射進一步激原子熒光光譜發(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，產(chǎn)生非共振原子熒光。非共振原子熒光

9、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)時所發(fā)射的熒光，如Pb405.78nm。只有基態(tài)是多重態(tài)時，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。,原子熒光光度計,敏化原子熒光

10、,激發(fā)原子通過碰撞將其激發(fā)能轉(zhuǎn)移給另一個原子使其激發(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。,原子熒光光度計-優(yōu)點,原子熒光光譜法的優(yōu)點： （1）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0001ngcm-3、Zn為0.04ngcm-3?，F(xiàn)已有20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度與激發(fā)光源成比例，采用新的高強度光源可進一步降低其檢出限。,（2）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，價格便宜

11、。 （3）分析校準(zhǔn)曲線線性范圍寬，可達35個數(shù)量級。 （4）由于原子熒光是向空間各個方向發(fā)射的，比較容易制作多道儀器，因而能實現(xiàn)多元素同時測定。,原子熒光光度計-聯(lián)用技術(shù),離子色譜-蒸氣發(fā)生/原子熒光及高效液相色譜-蒸氣發(fā)生/原子熒光聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用于砷、汞元素形態(tài)分析的新進展 國際上對食品和環(huán)境科學(xué)中有毒、有害有機污染物高度重視，且在有機污染物的監(jiān)測分析有了很大發(fā)展。人們已越來越認識到砷、汞、硒、鉛、鎘等元素不同化合物的形態(tài)其作用和毒性存在巨大的差異。例如砷是一種有毒元素，其毒性與砷的存在形態(tài)密切相關(guān)，不同形態(tài)的毒性相差甚遠。,無機砷包括三價砷和五價砷，具有強烈的毒性，甲基砷如一甲基砷、二甲基砷

12、的毒性相對較弱。而廣泛存在于水生生物體內(nèi)的砷甜菜堿（AsB）、砷膽堿（AsC）、砷糖（AsS）和砷脂（AsL）等則被認為毒性很低或是無毒；以及汞元素的化學(xué)形態(tài)間甲基汞（MMC）、乙基汞（EMC）、苯基汞（PMC）和無機汞（MC），甲基汞的毒性要比無機汞的毒性大得多。因此，對某些元素已不再是總量分析，而是進行各種化合物的形態(tài)分析成為一種發(fā)展趨勢。,元素形態(tài)分析的主要手段是聯(lián)用技術(shù)，即將不同的元素形態(tài)分離系統(tǒng)與靈敏的檢測器結(jié)合為一體，實現(xiàn)樣品中元素不同形態(tài)的在線分離與測定。目前國外采用聯(lián)用技術(shù)主要的有高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜（HPLC-ICP-MS）16,17和離子色譜-電感耦合等離子體

13、質(zhì)譜（IC-ICP-MS）18為主。,蒸氣發(fā)生/原子熒光光譜法（VG/AFS）最大的優(yōu)點是測定砷、汞、硒、鉛和鎘等元素有較高的檢測靈敏度，且選擇性好，又具有多元素檢測能力的獨特優(yōu)勢，而色譜分離（離子色譜或高效液相色譜）對這些元素是一種極為有效的手段。因此，兩者結(jié)合的聯(lián)用技術(shù)具有無可比擬的最佳效果。,色譜分離與原子熒光光譜儀聯(lián)用可獲得高靈敏度優(yōu)勢外，原子熒光光譜儀采用非色散光學(xué)系統(tǒng)，儀器結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，儀器價格比AAS、ICP-AES、ICP-MS便宜。且原子熒光已具備有蒸氣發(fā)生系統(tǒng)的專用儀器。因此，簡化了儀器接口技術(shù)，以及消耗氣體量較少，分析成本低，易于推廣。我們研制成功離子色譜-蒸氣發(fā)

14、生/原子熒光光譜（IC-VG/AFS）和高效液相色譜-蒸氣發(fā)生/原子熒光光譜（HPLC-VG/AFS）聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用于砷、汞、硒元素形態(tài)分析發(fā)揮了重要作用。,北京瑞利分析儀器公司與中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心合作開發(fā)了高效液相色譜-蒸氣發(fā)生/原子熒光光譜（HPLC-VG/AFS）聯(lián)用分析技術(shù)系統(tǒng)裝置（見圖9）。,圖9 原子熒光光譜儀與 高效液相色譜聯(lián)用技術(shù),圖8 離子色譜-原子熒光光譜聯(lián)用技術(shù) 四種As化合物的分離色譜圖,儀器主要配置及測試條件,AF-610D聯(lián)用技術(shù)原子熒光光譜儀。配置有高效紫外光（UV）接口；聯(lián)用技術(shù)色譜工作站（北京瑞利分析儀器公司）。 LC-10Atvp高效液相色譜泵（Shi

15、madzu.Japan）； CLC-ODS柱：1506 mm i.d，10m填料（Shim-pack,Japan）。 儀器工作條件以50%甲醇/水作流動相，含10mMTBA和0.1M NaCI，流速為1.2mL/min，進樣體積20L。,高強度Hg空心陰極燈的燈電流為40 mA；負高壓280V；氬氣流速200 mL/min。四種汞化合物無機汞（MC）、甲基汞（MMC）、乙基汞（EMC）、苯基汞（PMC），在15min內(nèi)實現(xiàn)了很好分離，色譜分離如圖10所示。,圖10 高液液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用技術(shù)三種Hg化合物的分離色譜圖,工作曲線及檢出限,根據(jù)不同形態(tài)的汞化合物其靈敏度不同，在不同的線性范圍內(nèi)對無機汞和兩種有