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,原子荧光光度计基本原理和设计思路,前言-光谱种类： 光谱是按波长顺序排列的电磁辐射，主要有以下几类： 1、按波长和测定方法分为射线、X射线、光学光谱和 微波，而光学光谱又分为紫外、近紫外、可见、近红 外和远红外； 2、按外形分为连续光谱、带光谱和线光谱； 3、按电磁辐射分为分子光谱、原子光谱、X射线能谱和 r射线能谱； 4、原子光谱主要分为发射光谱、吸收光谱和荧光光谱；,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：, 原子发射光谱（AES） 从激发光源的类别分为火花、电弧、直流等离子体DCP）、微波等离子体（MWP）、和电感耦合等离子体（ICP）等 原子吸收光谱（AAS） 光源有无极放电灯、空心阴极灯，目前还有连续光源，从原子化器上分为火焰和无火焰，从扣背景方式上有塞曼、氘灯、自吸； 原子荧光光谱（AFS） 光源主要是无极放电灯、高性能空心阴极灯，主要分为色散和无色散；,原子荧光光度计基本原理和设计思路,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,1.1 理论概述 原子吸收（AAS）、原子发射（AES）、原子荧光（AFS）的基本原理概述 原子荧光的三大突破 a）新型光源高强度空心阴极灯 b）氢化物反应(蒸汽发生)体系，低温原子化器 c）断续流动-进样系统,原子荧光光度计基本原理,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计的原理,主要原理：是利用硼氢化钾或硼氢化钠作为还原剂，将样品溶液中的待分析元素还原为挥发性共价气态氢化物(或原子蒸汽)，然后借助载气将其导入原子化器,在氩氢火焰中原子化而形成基态原子。基态原子吸收光源的能量而变成激发态,激发态原子在去活化过程中将吸收的能量以荧光的形式释放出来, 此荧光信号的强弱与样品中待测元素的含量成线性关系,因此通过测量荧光强度就可以确定样品中被测元素的含量。,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,分光光度法,原子吸收法,等离子发射光谱法,原子荧光,原子荧光法原理结构图,原子荧光法原理,1.2 荧光类型 a）共振荧光-原子吸收的逆过程， 吸收的能量和释放的能量相等。E=hv=hc/ b）非共振荧光-能量不相等，非共振荧光线 1.3 荧光猝灭 使用氩气做载气和屏蔽气,氩气作用： a）载气（内气：包括产生的氢化物蒸汽、氢气） b）屏蔽气（防止氢化物被氧化、抑制荧光猝灭、 稳定原子化环境）,原子荧光光度计基本原理,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,1.4 原子荧光的优点 非色散系统、光程短、能量损失少 结构简单，故障率低 灵敏度高，检出限低，与激发光源强度正比 接收多条荧光谱线 适合于多元素分析 原子化效率高，理论上可达到100%,原子荧光光度计基本原理,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,1.4 原子荧光的优点 采用日盲管检测器，降低火焰噪声 线性范围宽，3个量级 没有基体干扰 可做价态分析 只使用氩气，运行成本低 采用氩氢焰，紫外透射强，背景干扰小,原子荧光光度计基本原理,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计结构功能,2.仪器构成 原子吸收是一条线结构，也就是其光电检测器和主光路是一条线，而AFS的光电检测器则不能在和 主光路在一条线上，结构也可以分成四部分：光源，氢化物发生（断续流动和自动进样、氢化物反应系统），原子化系统，检测系统。,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,2.1 光源-高强度空心阴极灯 纯度高、不自吸、发光稳定、无光谱干扰、寿命长 （3000mAh），仪器灯电流是峰值。 2.2 光路-三个透镜，无色散元件 2.3 原子化器-电热屏蔽式石英炉，氩氢火焰 2.3.1炉芯结构 内气-氢化物蒸汽、氩气、氢气 外气-氩气，作用如下： a）防止氢化物被氧化，提高原子化效率 b）防止荧光猝灭 c）保持原子化环境的相对稳定,原子荧光光度计结构功能,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,2.3.2 原子化器的特点 原子化效率高，尽可能多产生基态原子 采用氩氢焰，紫外透射好，减少光强损失 没有背景发射，几乎无粒子散射，干扰小 稳定性好，只需要氩气，无须额外燃气 低温原子化，温度不可调 记忆效应小,原子荧光光度计结构功能,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计结构功能,2.3.3 氢化物发生的主要特点 没有基体干扰 原子化效率高 氢化物蒸汽易于原子化，共价氢化物易于解离成自由原子，不需要高温原子化 不同价态的元素发生氢化物反应的条件不同，因此可以做价态分析 易于富集,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,2.4 进样方式 2.4.1 间断 2.4.2 连续流动 2.4.3 流动注射,原子荧光光度计结构功能,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,2.4.4 断续流动,断续流动进样系统是科创海光公司的专利设计，实现了在线清洗，节省样品消耗，避免交叉污染，安全可靠，不存在转换阀的密封、漏液、腐蚀等问题,原子荧光光度计结构功能,双注射泵管路示意图,注：“2、3、8”和“4、5、9” 组合在一起为两路换向阀 “1”是多通道阀,注射泵系统的优缺点,对微量进样(微升量级)有一定优势，比如石墨炉原子 吸收和大倍数自动稀释 对原子荧光而言无明显优势，因为荧光中的样品量 取决于样品环的长度 结构比较复杂，有的厂家采用两个双位换向阀和一个 多通道阀，用户不能自行维护，一般需整套更换 多通道阀和换向阀的寿命有限，理论寿命大约为三年 不适合于酸性大的样品和难溶样品，因为试剂直接接 触阀体，腐蚀严重，尤其是还原剂注射泵，绝对会漏液，结晶沉淀会造成换向阀堵塞,注射泵系统的优缺点,根据系统管路的不同设计，可能需要专门的清洗步骤，导致测量时间加长，而且需要设置两个清洗位置 如果注射速度过快或管道中有结晶残留物质，会导致软管连接部分崩开脱落 管路中的换向阀和多通道阀存在有死角，容易造成记忆效应和交叉污染 目前在很多大型仪器中都采用蠕动泵技术 耗材多而且难以自行更换，而蠕动泵只需要泵管，更换极其简单,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计基本原理,2.4.5 反应系统和氢化物通路,使用中此部分最容易出问题，比如漏气或气路不通等,原子荧光光度计结构功能,载气-氩气,蠕动泵,氢化物或原子蒸气,废液,气液分离器,硼氢化钾,样品,原子化器,反应块,屏蔽气,空芯阴极灯,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,炉芯结构示意图 在更换或清洗炉芯时要注意不要打碎，另外气管不要接错，载气接内管。 炉丝要尽量和外管平齐。,原子荧光光度计结构功能,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,2.5 干扰 2.5.1 氢化物原子荧光的干扰主要是： a）液相发生在氢化物产生过程中，样品溶液中干扰元素优先反应，或形成络合物以及金属吸附被测元素的氢化物，消耗还原剂。 b）气相-氢化物传输过程或原子化过程中的干扰，消耗氢基，降低被测元素的原子化效率，因为在氢化物的解离过程中需要大量氢基参与反应。 元素价态、共存的离子、样品介质和酸度、还原剂类型及用量等都可能带来干扰。 主要有介质酸度干扰、氧化还原体系干扰、重金属干扰和易形成氢化物元素的干扰。,原子荧光光度计干扰及消除,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计干扰及消除,2.5.2 干扰机理 形成固态氢化物，如砷当酸度不合适，As浓度较高易形成固态As2H2、As2H2，Sb更明显； 形成难溶化合物，和样品中的金属离子结合，例如硒化铜难溶，而砷化铜则溶于酸，因此铜离子对硒的干扰比对砷要大，因此样品中要加掩蔽剂消除干扰离子；,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计干扰及消除,2.5.2 干扰机理 样品中的Cu、Co、Fe、Ni等离子在还原剂中被还原出金属沉淀吸附氢化物，减少氢化物的释放，对硒影响很大，因此要加大酸度以提高金属沉淀的溶解度； 产生氧化性气体，能用盐酸则不用硝酸，硝酸有可能被样品基体还原成亚硝酸根强氧化剂，抑制氢化物释放； 价态效应，氢化物的产生和被测元素的价态有很大关系，因此必须要考虑到这一点。,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计干扰及消除,2.5.3 干扰消除： 选择合适介质和酸度，防止产生氧化性气体和固态氢化物或难 溶的化合物，有些元素对酸度要求很苛刻，例如锡和铅、锗， 过高过低都影响氢化物的产生； 选择还原剂用量，减少金属离子被还原； 加入掩蔽剂，例如硫脲、碘化钾、草酸等，对共存的干扰离子 进行掩蔽，防止生成难溶化合物； 预还原或氧化，氢化物的发生效率与价态有关，加入抗坏血酸 可使5价砷还原成3价，测量Pb时加入铁氰化钾则是先把2价氧化 成4价，提高氢化物的产生效率； 还有一些其它方法，应根据样品基体来选择合适的办法。,干扰及消除总结为以下几点： （1）干扰的检查：标准加入曲线,（2）Sn2+、Ni2+、Co2+、Cd2+、Zn2+、Fe2+、Cu2+ 黑（黄）色 （3）消除 加入络合剂：K2Fe(CN)6、KCNs 酸介质 oxine、EDTA、硫脲 缓冲剂 KI-硫脲、邻菲罗啉 分离方法,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计各元素测定条件,2.5.4 常规元素参考介质条件 Hg没有氢化物，不需要氢基参与原子化，还原剂浓度和酸度可以降低很多，适当加入重铬酸钾有好处 As、Sb按推荐条件，在硫脲抗坏血酸体系中先还原成3价，因为5价很难形成氢化物 Se、Te首先要在还原性酸中加热把6价还原成4价，根据实际样品酸度可加大到30% ，可减少生成难溶物质,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计各元素测定条件,2.5.4 常规元素参考介质条件 Pb在铁氰化钾草酸中先把2价氧化成4价，要求废液的PH值严格控制在89之间 Sn最好是硫酸介质，废液的PH值严格控制在89之间Ge最好在磷酸介质中，酸度范围宽，干扰小 除Sn、Ge外，最好用盐酸，硝酸有氧化性，有可能降低氢化物产生效率，有的劣质盐酸含As比较高,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计各元素测定条件,2.5.5 根据元素特点和样品来源选择不同条件： 对于存在不同价态的元素要首先把它们变成适宜产生氢化物的价态，以提高氢化物产生效率； 对于酸度范围较宽的元素，如果样品基体很简单可适当降低酸度，如果基体复杂，则必须要保证或加大酸度，以减少共存离子的干扰，或者加入掩蔽剂；,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计各元素测定条件,2.5.5 根据元素特点和样品来源选择不同条件： 除Pb、Sn外，酸度稍微大一些有好处，我们推荐的还原剂 浓度和酸度都稍微有点过量，适当降低还原剂浓度可减少 金属析出、降低干扰，一般在0.5%-2%之间。 由于原子荧光用于痕量或超痕量分析，因此试剂和氩气的 纯度必须要保证，还要注意试剂、器皿以及环境污染。,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计,2.6 气路 自动控制，分成两路，一路是载气，一路是屏蔽气 载气流量每分钟300-1000毫升，三个电磁阀控制 屏蔽气流量每分钟500-1200毫升，三个电磁阀控制 压力开关保护 AFS-9800/3100/3000系列气路改进，随时关气 气流量的选择,北京科创海光仪器有限公司 免费电话：8008102168 网址：,原子荧光光度计基本,2.7 其它 进样量1.0-1.5毫升 炉高调节-手动，数值是反方向 预热灯电流 换灯务必关闭仪器主机电源,主要特点： （1） 光谱干扰少； （2） 基体影响影响易于消除； （3） 通过氢化物发生达到分离和富集的目的； （4） 根据所测元素的还原性质不同，可进行价态分析； （5） 气相干扰少； （6） 线性范围宽，测汞可达三个数量级； （7）灵敏度远远高于冷原子吸收法。,2、方法特点,测定Hg、As、Bi、Se、Sb、Te、Ge(Sn、Pb、Cu)等最可靠、最有前途的方法。不使用SnCl2作还原剂，而使用NaBH4（KBH4）作还原剂。,由于灵敏度很高，防止试剂、器皿的沾污和扣除空白是实验成败的关键之一（这点比其他方法更为重要）。 （1） 小的光电倍增管电压，可减少噪声水平； （2） 观测高度直接影响测量灵敏度和数据的稳定性，建议使用68mm（不同仪器标尺可能不同）； （3） 载气及流量：原子荧光法只能使用Ar气，这点与冷原子荧光法不同，Ar气纯度很重要，达到1%时，会导致Hg（As、Bi、Se、Sb、Te、Ge）灵敏度降低约5%； （4） 载气流量过大会冲稀测定成分的浓度，过小不能迅速将测定成分带入石英炉，一般以0.40.6L/min为宜； （5）屏蔽气体：屏蔽气体可防止周围空气进入火焰产生荧光淬灭，一般在 0.61.6L/min范围选择； （6）仪器都有峰高和峰面积测量的功能，用峰高好； （7）选择最佳延迟时间和积分时间是得到最佳测量效果的重要因素；,3、测定过程中的注意事项,（8）还原剂：NaBH4是强还原剂，必须避光保存（溶液也应避光），如发现浑浊，须经热酸浸泡并洗净的玻璃砂过滤（注意承接滤液瓶的洗净）。NaBH4（或KBH4）一般在含NaOH（KOH）0.51%的介质中才能稳定；NaBH4（或KBH4）在酸介质中才能起到还原作用，因此，测定水样（溶液）的酸性必须足以中和NaBH4（或KBH4）溶液中的碱后还应保持至少1mol/L的酸性；NaBH4（或KBH