原子荧光分光光度计讲义

1、原子荧光分光光度计的简单讲解 原子荧光光谱法是以原子在辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的发射光谱分析法。原子荧光光谱法从机理来看属于发射光谱分析，原子荧光的发展史原子荧光的发展史 20世纪世纪70年代至今，国内外许多专家、学者、一批企业共同努力从事原子年代至今，国内外许多专家、学者、一批企业共同努力从事原子荧光光谱的商品仪器开发。荧光光谱的商品仪器开发。1971年年Larkins用空心阴极灯作为光源，火焰原子用空心阴极灯作为光源，火焰原子化器，采用泸光片分光，光电倍增管检测，测定了金、铋、钴、汞、镍等多化器，采用泸光片分光，光电倍增管检测，测定了金、铋、钴、汞、镍等多种元素；种元素；19

2、76年，年，Technicon公司推出了世界上第一台原子荧光光谱仪公司推出了世界上第一台原子荧光光谱仪AFS-6。该仪器采用空心服极灯作光源，同时测定。该仪器采用空心服极灯作光源，同时测定6个元素，短脉冲供电，计算机个元素，短脉冲供电，计算机控制和数据处理。由于仪器造价高，灯寿命短，且多数被测元素的灵敏度不控制和数据处理。由于仪器造价高，灯寿命短，且多数被测元素的灵敏度不如如AAS和和ICP-AES，该仪器未能批量生产，被称为短命的，该仪器未能批量生产，被称为短命的AFS-6。20世纪世纪80年代初，美国年代初，美国Baird公司推出了公司推出了AFS-2000型型ICP-AFS仪器，该仪器采

3、用脉冲仪器，该仪器采用脉冲空心阴极灯作光源，电感耦合等离子体（空心阴极灯作光源，电感耦合等离子体（ICP）作原子化器，光电售增管检测，）作原子化器，光电售增管检测，12通道同时测量，计算机控制和数据处理。该产品由于没有突出的特点，多通道同时测量，计算机控制和数据处理。该产品由于没有突出的特点，多道同时测定的折衷条件根本无法满足，性能道同时测定的折衷条件根本无法满足，性能/价比差，在激烈的市场竞争中被价比差，在激烈的市场竞争中被淘汰。淘汰。 我国从我国从20世纪世纪70年代开始研制原子荧光的商品仪器。西北有色地质研究院年代开始研制原子荧光的商品仪器。西北有色地质研究院郭小伟教授将原子荧光仪器专用

4、于测定易形成气态氢化物的重金属元素，并郭小伟教授将原子荧光仪器专用于测定易形成气态氢化物的重金属元素，并且率先成功研制溴化物无极放电灯，为原子荧光光谱仪在我国成功实现商品且率先成功研制溴化物无极放电灯，为原子荧光光谱仪在我国成功实现商品化奠定了坚实的基础。刘明钟研究小组成功研制特制的空心阴极灯，采用间化奠定了坚实的基础。刘明钟研究小组成功研制特制的空心阴极灯，采用间歇式脉冲供电方式，解决了灯的使用寿命问题，为氢化物歇式脉冲供电方式，解决了灯的使用寿命问题，为氢化物原子荧光光谱义原子荧光光谱义在我国首先得到普及、推广创造了条件。在我国首先得到普及、推广创造了条件。 而今原子荧光光谱分析在我国得到

5、普及和推广，已经建立了卫生防疫、商而今原子荧光光谱分析在我国得到普及和推广，已经建立了卫生防疫、商检、农业、环保、冶炼、食品等系统的国家标准及一批部标、行标，已成为检、农业、环保、冶炼、食品等系统的国家标准及一批部标、行标，已成为实验室常规分析仪器之一。氢化物实验室常规分析仪器之一。氢化物原子荧光的制造技术和应用水平，迄今原子荧光的制造技术和应用水平，迄今为止，我国仍然居于国际领先地位。为止，我国仍然居于国际领先地位。（一）原子荧光光谱的产生 气态自由原子吸收光源的特征辐射后，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辐射波长相同或不同的辐射即为原子荧光。原

6、子荧光属光致发光，也是二次发光。当激发光源停止照射后，再发射过程立即停止。（二）荧光强度 荧光强度IF正比于基态原子对某一频率激发光的吸收强度Ia。IF= Ia 式中为荧光量子效率，它表示发射荧光光量子数与吸收激发光量子数之比。 若激发光源是稳定的，入射光是平行而均匀的光束，自吸可忽略不计，则基态原子对光吸收强度Ia用吸收定律表示 Ia= AI0(1-e -l N) 式中I0为原子化器内单位面积上接受的光源强度，A 为受光源照射在检测器系统中观察到的有效面积，l为吸收光程长，为峰值吸收系数，N为单位体积内的基态原子数。 整理可得IF= AI0l N 当仪器与操作条件一定时，除N外，其它为常数，

7、N 与试样中被测元素浓度C成正比 IF= KC 上式为原子荧光定量分析的基础。（三）量子效率与荧光猝灭 受光激发的原子，可能发射共振荧光，也可能发射非共振荧光，还可能无辐射跃迁至低能级，所以量子效率一般小于1。 受激原子和其它粒子碰撞，把一部分能量变成热运动与其它形式的能量，因而发生无辐射的去激发过程，这种现象称为荧光猝灭。 荧光猝灭会使荧光的量子效率降低，荧光强度减弱。 （四）原子荧光的干扰 原子荧光的主要干扰是猝灭效应。这种干扰可采用减少溶液中其它干扰离子的浓度避免。 其它干扰因素有光谱干扰、化学干扰、物理干扰等。 克服干扰的途径有加入络合剂、降低硼氢化钾浓度、加入氧化还原电位高于干扰离子

8、的元素、分离干扰元素等方法。（五）氢化物原子荧光分光光度法 氢化物原子荧光分光光度法的原理是待测元素和强还原剂（硼氢化钾）反应后，以气态的形式进入原子化器，经特制的光源激发后再返回至基态或低能态，返回时发射出特种波长的光，这种光强和元素的浓度成正比。 氢化物原子荧光法是目前实验室的重要分析方法，主要用于易形成氢化物的金属，如砷、碲、铋、硒、锑、锡、锗和铅等，汞生成汞蒸气。目前砷、汞、硒这三个元素的检测方法均已成熟，且广为应用。 （六）氢化物原子荧光光谱法的特点：（1）高灵敏度、低检出限。 砷汞硒等元素有相当低的检出限，砷可达0.005ug/L 、汞可达0.001ug/L 、硒可达0.004ug

9、/L ，完全可在满足目前的检测需要。（2）谱线简单、干扰少。（3）分析校准曲线线性范围宽，可达3 5个数量级。（4）可以多元素同时测定（七）氢化物原子荧光分光光度计的基本组成部分:1.激发光源. 是原子荧光分光光度计的主要组成部分,理想的光源应有发射强度高、无自吸；稳定性好，噪声小；发射谱线窄且纯度高、价格便宜且使用寿命长等条件。目前有空心阴极灯、无极放电灯、等离子体光源、激光光源等，其中空心阴极灯应用最为广泛。2.原子化器. 目前原子荧光光度计采用的原子化器均为氩氢火焰原子化器。3.光学系统. 原子荧光的光学系统比较简单，主要由反射镜、滤光片、光学限制筒组成。4.检测系统. 目前应用最广泛的

10、检测系统是光电倍增管，它由光电阴极、若干倍增极和阳极三部分组成。光电阴极由半导体光电材料制成，入射光在上面打出光电子，由倍增极将其加上电压，阳极再收集电子，外电路形成电流输出光电倍增管，再经由检测电路将电流转换为数字信号。5.软件 也叫工作站，一般通过RS-232或USB串口与电脑进行通讯，通过电脑的操作系统进行相关操作（八）原子荧光应用实例 1、原子荧光法测定农产品中砷 1）前处理：按照GB/T5009.11-2003的方法，取样品0.5-5.0克，置于50ml小烧杯中或小三角瓶中，加10ml硝酸，0.5ml高氯酸，1.25ml硫酸，盖上小漏斗，放置过夜。置于电热板上低温消解1-2小时后，提

11、高温度消解，直至高氯酸烟冒尽时取下。冷却后转移至25ml比色管中，加入2.5ml5%的硫脲，定容，30分钟后上机测定。 2）仪器条件：AFS230原子荧光分光光度计灯电流：60mA；负高压：300V；其它条件都为仪器默认即可；标准曲线浓度为0,1.0,2.0,4.0,8.0,10.0,ug/L。用5%的盐酸作载流，1.5%的硼氢化钾作还原剂，进行测定。2、原子荧光法测定农产品中汞1）前处理：按照GB/T5009.17-2003的方法，取样品0.3-0.5克，不要超过0.5克。置于微波消解管中，加入5ml硝酸，1ml过氧化氢，拧紧消解管盖子，放置30-60min，再置于微波消解仪中，分三步完成消

12、解步骤。第一步让温度升至100度左右保持10分钟，第二步让温度升至150度保持10分钟，第三步让温度升至180度保持5分钟。完成消解后，取出冷却，用0.02%的重铬酸钾溶液转移至25ml比色管中，并用其定容。摇匀后上机测定。2）AFS230原子荧光分光光计，灯电流：30mA；负高压：270V；其它条件都为仪器默认即可；标准曲线浓度为0,0.1,0.2,0.4,0.8,1.0ug/L，标准曲线用汞保存液定容。其中汞保存液为0.02%的重铬酸钾和5%的硝酸混合溶液。用5%的硝酸作载流，0.5%的硼氢化钾作还原剂，进行测定。 3、原子荧光法测定土壤中砷、汞 1）前处理：按照GB/T22105.1-2

13、008、GB/T22105.2-2008中的方法，取0.5克左右的样品置于50ml比色管中，加入1+1的王水10ml，在沸水浴中加热消解2小时，其间摇动两三次，取下冷却，定容。澄清或过滤后上机测定汞；澄清或过滤后分取5ml于25ml比色管中，加入2.5ml5%的硫脲和抗坏血酸的混合溶液，2ml盐酸，定容后30分钟上机测定。 2）仪器条件：砷：AFS230原子荧光分光光度计灯电流：60mA；负高压：250V；其它条件都为仪器默认即可；标准曲线浓度为0,8,16,32,64，80.0,ug/L。用5%的盐酸作载流，1.5%的硼氢化钾作还原剂，进行测定。汞：AFS230原子荧光分光光计，灯电流：30mA；负高压：240V；其它条件都为仪器默认即可；标准曲线浓度为0,0.4,0.8,1.6,3.2,4.0ug/L，标准曲线用汞保存液定容。其中汞保存液为0.02%的重铬酸钾和5%的硝酸混合溶液。用5%的硝酸作载流，0.5%的硼氢化钾作还原剂，进行测定。原子荧光使用过程中的注意事项1、开机顺序：电脑仪器主机自动进样器进入操作软