火焰光度计的原理

火焰光度计，是指以发射光谱法为基本原理的一种分析仪器，以火焰作为激发光源，并应用光电检测系统来测量被激发元素由激发态回到基态时发射的辐射强度。根据其特征光谱及光波强度判断元素类别及其含量。它包括气体和火焰燃烧部分、光学部分、光电转换器及检测记录部分。火焰的温度比较低，因此只能激发少数的元素，而且所得的光谱比较简单，P扰较小。火焰光度法特别适用于较易激发的碱金属及碱土金属元素的测定。

火焰光度计的构造原理

火焰光度计包括：气体和火焰燃烧部分、光学部分、光电转换器及检测记录部分。

火焰光度计有时也称为火焰光谱仪。利用滤光片作为分光元件的仪器，称火焰光度计。使用棱镜和光栅作为色散装置的，称火焰分光光度计。

使用棱镜或光栅作为色散元件的，测定原子或分子火焰发射光谱分析用的火焰光度计。由雾化器、燃烧器、光学系统、检测器和记录器组成。构造分为发光、分光和测光三部分。其过程是由雾化器将试样喷入火焰，激发发光，经分光后由检测器测量发射强度，后者与试样中待测元素含量成正比。

现代的仪器带有读数指示系统、记录器或数字显示装置，也可配带微型专用计算机。有的原子吸收分光光度计带有火焰发射型式。

光学部分包括：透镜、单色器、光圈和快门，透镜使火焰中被测元素的谱线更集中的照射到单色器及光电转换器件上，以提高测定的灵敏度。单色器如果采用的是石英棱镜和狭缝选择谱线就称为火焰分光光度计，如果是采用滤光片，就称为火焰光度计，适合测定K、Na离子浓度。

光电转换部分就是将光能转换为电能的器件，老式的使用的是硒光电池，后来采用硅光电池，以后改为光电管。增加了仪器的灵敏度，并在一定程度上克服了光电池的疲劳和衰老问题。

光电池的构造简单，灵敏度高，产生的光电流可以直接用灵敏的检流计测量；光电管内阻很大光电流可以经直流放大用精密的微安表测量，这样可以测量很弱的光，从某种意义上讲提高了仪器精度。

火焰光度计工作原理

火焰光度法是按罗马金公式进行定量分析的，即I=aXc的b次方，式中I为谱线的强度，c是待测元素的含量，a是与待测元素的蒸发、激发条件有关的常数；b为自吸系数，因为用火焰作激发光源，其温度可通过控制空气与燃气的流量以保持稳定，又因采用液体试样，试样组分的影响较少，故在各次测定中a是个较稳定的常数，一般由于试样浓度较低，自吸可忽略不计，于是I=λc，并可用相对强度的测量方法进行分析。

进行火焰光度分析时，把待测液用雾化器使之变成溶胶导入火焰中，待测元素因热离解生成基态原子，在火焰中被激发而产生光谱，经单色器分解成单色光后通过光电系统测量，由于火焰的湿度比较低，因此只能激发少数的元素，而且所得的光谱比较简单，干扰较小，火焰光度法特别适用于较易激发的碱金属及碱土金属的测定。

在测定中为了稳定火焰和排除一些元素的干扰，常在测定液中加入“缓冲剂”，如K, Ca, Mg 同时存在彼此间对测定有影响，如果把这三种元素配成饱和溶液为“缓冲剂”，在试液中加到一定量时，则产生的影响是单一恒定值，可作本底扣除，测钠时，大量的HCO32-存在可使结果偏低，可用盐酸酸化试液后加热除去。

焰光度计是以发射光谱法为基本原理的一种分析仪器。利用原子发射原理，是把相应的物质原子化(固体配成溶液，如：用酸溶解。液体高温，气体用在放电情况下激发)，激发的电子处于高能级，不稳定会跃迁回基态，不同的原子，电子能级不同，跃迁是会发出不同波长的光波，通过分析光波就知道是什么原子了。同理也可以分析光波的强度，判断该原子的含量。

例如：将食盐置于火焰中时，火焰呈黄色，这是由于食盐中的钠原子外层电子吸收火焰的热能，而跃迁到受激能级，再由受激能级回复到正常状态时，电子就要释放能量。这种能量的表征是发射出钠原子所特有波长的光谱线黄色光谱(主波5893A)。利用火焰的热能使钠元素的原子激发发光，并用仪器检测其光谱能量的强弱，进而判断物质中钠元素含量的高低。

火焰光度计已厂泛运用在yi疗临床、土壤、肥分、水泥、耐火材料、玻璃、陶瓷等行业。对火焰光度法来讲，虽然理论上物质元素含量与其发射谱线强度成正比，但受到激发能量，以及燃烧过程物质的自吸、自蚀现象的影响，这种关系只在低浓度条件下才能成立。火焰光度计的读数范围是K：0.0-19.9，Na：0.0-199;火焰光度计本身无法得出被测元素的浓度值，必须制备好标准溶液，进行标定检测，绘制成标准曲线，然后对未知溶液进行测定，获得仪器显示的读数后，再从曲线上找到相对应的浓度值，才能得到被测元素的未知浓度值。

从分子结构理论了解到：原子的外层电子总沿着固定的轨道运行,当受到火焰提供的热能后，其电子就要脱离原先轨道跃迁到受激能级轨道，由于同时又受到原子核的吸引，电子又从受激能级回复到正常状态时，电子就要释放能量。这种能量是以发射出其元素特定波长的光谱来表示。利用测量元素特定光谱的波长的发光强弱来进行元素定性定量的方法就称之为火焰发射光谱分析法，利用火焰光谱分析法制造的分析仪器就叫火焰光度计。

对火焰光度计来讲,虽然理论上被测元素含量与其发射光谱强度成正比,但由于受到激发能量限制,一般只适用于一定浓度范围的碱金属,碱土金属的定量分析。下面介绍影响火焰光度计分析的三大因素：

影响火焰光度计的三大因素

1、激发条件：

(1)火焰温度：温度过低灵敏度下降，温度太高则碱金属电离严重，影响测量的线性关系。

影响火焰温度的因素：

燃气种类：采用丙烷-空气、丁烷-空气或液化石油气-空气等低温火焰(约1900℃)较为合适和方便。

燃气与助燃气比例：保持适当。

试样溶液抽吸量：过大时会使火焰温度下降。

(2)气体压力：测定时气体压力需保持恒定。

(3)喷雾器：喷雾器不清洁，易造成试液雾化不良，测定时一定要求试液清亮，并随时用水或乙醇清洗喷雾器。

(4)液面高度：液面高度变化，会引起激发后的元素浓度有变化，测定时需保持试验高度一致。

2、试样的种类和组成

(1)元素的电离和自吸收可导致校正曲线弯曲，线性范围缩小。如钾在高浓度时自吸收严重，使校正曲线向横坐标方向弯曲；在低浓度时则由于电离增加，辐射增强，校正曲线向纵坐标方向弯曲。

(2)试样中共存离子对测定有影响，如碱金属共存时谱线增强，使结果偏高。

(3)试样的物理性能应与标准溶液的组成一致。

3、仪器质量

(1)单色器的选择性：滤光片质量好，可减少共存物质的干扰。

(2)周围环境对仪器的影响。

(3)光电池使用过久产生疲劳。