原子荧光光谱仪的原理

原子荧光光谱仪简介

原子荧光光谱仪利用惰性气体氩气作载气，将气态氢化物和过量氢气与载气混合后，导入加热的原子化装置，氢气和氩气在特制火焰装置中燃烧加热，氢化物受热以后迅速分解，被测元素离解为基态原子蒸气，其基态原子的量比单纯加热锑、铋、锡、硒、碲、铅、锗等元素生成的基态原子高几个数量级。

原子荧光光谱仪有较低的检出限，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2O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。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。分析校准曲线线性范围宽，可达3-5个数量级。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。

原子荧光光谱仪是一种常用的光谱仪产品，利用原子荧光光谱线的波长和强度进行物质的定性与定量分析，被广泛用于多个领域中。随着科学技术的发展，原子荧光光谱仪的应用越来越广泛，下面我们来仔细介绍下原子荧光光谱仪。本文主要介绍了原子荧光光谱仪的工作原理、优点和原子荧光光谱仪的组成和结构。

原子荧光光谱仪工作原理

原子荧光光谱仪通过待测元素的溶液与硼氢化钠(钾)混合，在酸性条件下生成氢化物气体(如汞化砷等)从溶液中逸出，通过与氩气、氢气混合后进入到原子化器中(并被点燃)，氢化物高温下分解并转化为基态的原子蒸汽，通过该元素的空心阴极灯产生的共振线激发，基态原子跃迁到高能态(有时也会从某亚稳态开始跃)，它再重新返回到低能态，多余的能量便以光的形式释放出来，这就是原子荧光(如果激发波长与荧光波长相同，称为共振荧光，这是原子荧光的主要部分，其他还会产生不太强的非共振荧光)。

原子荧光光谱仪基本原理

原子荧光光谱法(AFS)属于原子光谱分析技术的一个不可或缺的重要分支，原子荧光光谱仪工作原理是固态或者液态的样品经过一定的预处理，比如氧化还原、分解反应等将样品转化为特定的存在形式，之后使用载气将样品送入石墨炉中并将其原子化，基态的原子吸收特定频率的激光后发生能级跃迁，原子的外层电子从基态或低能态被激发至高能级，在回到基态的过程中释放具有特定波长的荧光。

而原子荧光光谱仪释放出的荧光根据频率分为两种：一种荧光的波长与吸收波长保持一致，叫做共振荧光;若不同，则称为非共振荧光，但非共振荧光非常少，通常可以忽略不计，而共振荧光就是我们定量的基础。在一定条件下和一定浓度范围内，荧光强度与待测原子的浓度成正比。原子荧光光谱法的优点是在工作过程中受到的干扰少，而且谱线简单，灵敏度也达到了测试要求。

原子荧光光谱仪构造

原子荧光光谱仪有两类，分为色散型和非色散型两种。这两种仪器的组成和构造整体是基本保持一致的，唯yi不同的是在非色散型原子荧光光谱仪上不需要使用单色器。色散型原子荧光光谱仪主要包括五部分：分别为光源、单色器、原子化器、检测器和数据处理系统。

光源的作用是产生激光用来激发原子，常用的光源有氙弧灯、空心阴极灯、无极放电灯和激光;单色器的作用是过滤掉不需要的荧光，避免干扰，只采集需要的荧光谱线;原子化器的作用就是将待测样转化为原子蒸汽，有火焰原子化以及电感耦合高频等离子焰炬；检测器Z常用的是光电倍增管，负责收集光信号，然后将光信号转化成电信号，数据处理系统用来显示、记录和处理数据。

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。

原子荧光光谱仪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。

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。

原子荧光光谱仪产生及类型

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

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

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，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。

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。

敏化原子荧光

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。

原子荧光光谱仪优点

1、原子荧光光谱仪有较低的检出限，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2O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。

2、原子荧光光谱仪干扰较少，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。

3、原子荧光光谱仪分析校准曲线线性范围宽，可达3～5个数量级。

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。