原子荧光讲义..

氢化物（蒸气）发生-原子荧光讲义北京吉天仪器有限公司陈红军电话:8008102488010-6435042113501060643个人邮箱:[e-mail]一、原子荧光原理•1、原子荧光的定义：•基态的原子蒸气吸收一定波长的辐射而被激发到较高的激发态，然后去活化回到较低的激发态或基态时便发射出一定波长的辐射———原子荧光2、原子荧光的种类：•两种基本类型：共振荧光和非共振荧光•1）共振荧光：荧光线的波长与激发线的波长相同。•2）非共振荧光：荧光线的波长与激发线的波长不相同，大多数是荧光线的波长比激发线的波长为长。3、荧光猝灭：•定义：处于激发态的原子，随时可能在原子化器中与其他分子、原子或电子发生非弹性碰撞而丧失其能量，荧光将减弱或完全不产生的现象。•荧光猝灭的程度与被测元素以及猝灭剂的种类有关。•猝灭剂：火焰燃烧的产物最严重。4、荧光强度与浓度的关系：原子荧光强度与分析物浓度以及激发光的辐射强度等参数存在以下函数关系：•If=I（1）•根据比尔-朗伯定律：•I=I0[1-e–KLN]（2）•I=I0[1-e–KLN]（3）•式中:•：原子荧光量子效率I：被吸收的光强•L：吸收光程I0：光源辐射强度•K：峰值吸收系数N：单位长度内基态原子数•将(3)式按泰勒级数展开，并考虑当N很小时，忽略高次项，则原子荧光强度If表达式简化为：•If=I0KLN（4）•当实验条件固定时，原子荧光强度与能吸收辐射线的原子密度成正比。当原子化效率固定时，If便与试样浓度C成正比。即：•If=C（5）•为常数。(5)式的线性关系，只在低浓度时成立。当浓度增加时，(4)式带二次项、三次项…，If与C的关系为曲线关系。5、原子荧光仪器•1）、仪器的构成：•原子荧光仪器由三部分组成：激发光源、原子化器、检测电路。••激发光源•原子化器检测电路•2）、激发光源：HCLEDL•对光源的要求：高强度、高稳定性•3）、原子化器：•高原子化效率、低背景。•4）、检测系统：包括光路及电路两部分。•光路：分有色散系统和非色散系统•两种•电路：高可靠性，高信噪比二、氢化物原子荧光法•1、原理：•As、Sb、Bi、Se、Te、Pb、Sn、Ge8个元素可形成气态氢化物，Cd、Zn形成气态组分，Hg形成原子蒸气。•气态氢化物、气态组分通过原子化器原子化形成基态原子，基态原子蒸气被激发而产生原子荧光2、氢化物反应的种类：•1）、金属酸还原体系（Marsh反应）•2）、硼氢化物酸还原体系•3）、电解法•硼氢化物酸还原体系•酸化过的样品溶液中的砷、铅、锑、硒等元素与还原剂(一般为硼氢化钾或钠)反应在氢化物发生系统中生成氢化物：BH-+3H2O+H+=H3BO3+Na++8H*+Em+•=EHn+H2(气体）•式中Em+代表待测元素，EHn为气态氢化物（m可以等于或不等于n）。•使用适当催化剂，在上述反应中还可以得到了镉和锌的气态组分。3、氢化物元素的价态•元素价态As3+•Sb3+•Bi3+•Se2+、4+•Te4+•Ge4+•Pb4+•Sn4+4、干扰•1）、种类•液相干扰（化学干扰）•------氢化反应过程中•气相干扰（物理）•------传输过程中•散射干扰•------检测过程中•2）、干扰的消除•液相干扰：•络合掩蔽、分离（沉淀、萃取）、加入抗干扰元素、改变酸度、改变还原剂的浓度、改变干扰元素的价态等。•气相干扰：•分离（吸收、改变传输速度）•改善传输管道•散射干扰：•清洁原子化室、烟囱、排气罩5、氢化物发生法的主要优点•(1)分析元素能够与可能引起干扰的样品•基体分离,消除了部分干扰。•(2)与溶液直接喷雾进样相比,氢化物法能•将待测元素充分预富集,进样效率近乎100%。•(3)连续氢化物发生装置宜于实现自动化。•(4)不同价态的元素氢化物发生实现的条件•不同,可进行价态分析。氢化物（蒸气）发生-原子荧光光度计•氢化物（蒸气）发生—无色散原子荧光光度计仪器装置由五大部分组成：•a氢化物（蒸气）发生系统•b光源系统•c光学系统•d原子化系统•e检测系统三、AFS系列双道原子荧光仪•氢化物发生双道原子荧光光度计原理图氢化物发生原子荧光光度计的原理图部件说明1.气路系统2.氢化物发生系统•3.原子化器4.激发光源•5.光电倍增管6.前放•7.负高压8.灯电源•9.炉温控制10.控制及数据处理系统11.打印机A.光学系统氢化物发生原子荧光光度计仪器的关键部件•气路系统：转子流量计、电磁阀控制流量计、质量流量计•进样器：半自动进样器、三维自动进样器、极坐标自动进样器•氢化物发生系统：蠕动泵、顺序注射泵•原子化器：低温氩氢火焰原子化器（单层石英炉芯、双层屏蔽式石英炉芯）•激发光源：特制高强度空心阴极灯（Hg为阳极灯）。所有的灯均不能反击激发。主流产品分类•蠕动泵（连续流动、断续流动、间歇泵）为进样氢化物反应系统的原子荧光光度计•以顺序注射泵为进样氢化物反应系统的双道原子荧光光度计原子荧光的衍生产品有：•形态分析仪（As、Hg、Se、Pb、Sn、Ge•等）•血铅测定仪（还可以测Cd）•N+D原子荧光分析仪（可测Cr）AFS-8X原子荧光光度计间歇泵示意图AFS-8X系列原子荧光光度计氢化物反应系统连接图AFS-9X原子荧光光度计顺序注射进样装置图多功能转换阀四原子荧光仪器使用常识•各种分析检测仪器应用的领域、检测内容各不相同。而同一种类仪器，在使用中又存在着差异，应用同一种类仪器，但得到的分析结果也可能五花八门。因此需要我们对所使用的仪器进行了解,对仪器需要的外界环境条件有所了解,对相应的分析方法有所了解.•分七部分介绍:•1仪器条件参数2影响测量的因素•3仪器使用注意事项4测量误差产生原因5影响测量稳定性主要因素•6测量无信号的原因7双道同测技术1、仪器条件参数•仪器的主要参数•光电倍增管负高压、灯电流、原子化器温度、原子化器高度、载气流量、屏蔽气流量、读数时间、延迟时间等是所有原子荧光仪器的共性的东西，它们对测量有着一定的影响。1.1光电倍增管负高压(PMT)•指加于光电倍增管两端的电压。•光电倍增管是原子光谱仪器的光电检测器，目前国内生产的原子荧光光度计均使用日盲光电倍增管（碲化铯光电阴极，波长范围165nm~320nm）。光电倍增管的作用是把光信号转换成电信号，并通过放大电路将信号放大。放大倍数与加在光电倍增管两端的电压（负高压）有关，在一定范围内负高压与荧光信号（荧光强度If）成正比，见图1。负高压越大,放大倍数越大,但同时暗电流等噪声也相应增大。图1荧光强度与负高压的关系•据文献介绍,当光电倍增管负高压在200V～500V之间时，光电倍增管的信号（S）/噪声（N）比是恒定的，见图2。因此，在满足分析要求的前提下，尽量不要将光电倍增管的负高压设置太高。图2光电倍增管的信噪比（S/N）与负高压的关系1.2灯电流•原子荧光光谱仪的激发光源其供电电源采用集束脉冲供电方式，以脉冲灯电流的大小决定激发光源发射强度的大小，在一定范围内随灯电流增加荧光强度增大。但灯电流过大，会发生自吸现象，而且噪声也会增大，同时灯的寿命缩短。•双阴极灯的主、辅阴极电流配比影响其激发强度，使用时应引起注意。通常情况下辅阴极电流略小于主阴极电流时灯的激发强度较佳。•汞灯实际上是阳极汞灯，汞灯灯电流不宜过高，适宜范围为15~50mA。而且汞灯易受外界因素如温度的影响。不同元素灯的灯电流与荧光强度的关系不尽相同，见下图：不同元素灯的灯电流与荧光强度的关系1.3原子化器温度•原子化器温度是指石英炉芯内的温度，即预加热温度。当氢化物通过石英炉芯进入氩氢火焰原子化之前，适当的预加热温度，可以提高原子化效率、减少猝灭效应和气相干扰。石英炉芯内的温度为200℃，即预加热温度为200℃•原子化器温度不同于原子化温度（即氩氢火焰温度），氩氢火焰温度大约在780℃左右。1.4原子化器高度•原子荧光光度计的原子化器高度是指原子化器顶端到透镜中心水平线的垂直距离。其指示的高度数值越大，原子化器高度越低，氩氢火焰的位置越低，见下图：氩氢火焰的高度示意图1.5气流量•吉天仪器公司生产的原子荧光光度计专用的原子化器，其屏蔽式石英炉芯由双层结构的同轴石英管构成，见下图：•氢化反应产生的氢化物、氢气及少量的水蒸气在载气（氩气）的“推动”下进入屏蔽式石英炉芯的内管，即载气管。•其外管和内管之间通有氩气，称为屏蔽气，做为氩氢火焰的外围保护气体，起到保持火焰形状稳定，防止原子蒸气被周围空气氧化的作用。•氢气、氩气的混合气体经点火炉丝点燃形成氩氢火焰，氩氢火焰将氢化物原子化形成原子蒸气。载气流量、屏蔽气流量的影响：•载气流量小，氩氢火焰不稳定，测量的重现性差，载气流量极小时，由于氩氢火焰很小，有可能测量不到信号；载气流量大，原子蒸气被稀释，测量的荧光信号降低，过大的载气流量还可能导致氩氢火焰被冲断，无法形成氩氢火焰，使测量没有信号。•屏蔽气流量小时，氩氢火焰肥大，信号不稳定；屏蔽气流量大时，氩氢火焰细长，信号不稳定且灵敏度降低。1.6读数时间、延迟时间•读数时间[t(r)]是指进行测量采样的时间，即元素灯以事先设定的灯电流发光照射原子蒸气使之产生荧光的整个过程。操作者可根据屏幕上的If-T关系曲线形状来确定读数时间，该时间的长短与蠕动（注射）泵的泵速、还原剂的浓度、进样体积的大小等有关。读数时间的确定非常重要，以峰面积积分计算时以将整个峰形全部采入为最佳。•延迟时间[t(d)]是指当样品与还原剂开始反应后，产生的氢化物进入原子化器需要一个过程，其所用时间即为延迟时间。延迟时间设置准确，可以有效地延长灯的使用寿命，并减少空白噪声。•在读数时间固定的情况下，如果延迟时间过长，会导致读数采样滞后，损失测量信号；延迟时间过短，会减少灯的使用寿命，增加空白噪声。读数时间、延迟时间与荧光强度的关系图：2影响测量的因素•影响分析检测的因素很多，主要的因素包括外部因素、仪器条件、分析方法等几方面。•2.1外部因素•氢化物发生-无色散双道原子荧光仪器的工作环境条件，日常检测用的水、试剂等。•2.1.1工作环境条件：•工作温度15℃～30℃•湿度≤75%•电源220V±10%50Hz或110V±10%60Hz•电源要有良好的接地，周围无强磁场，无大功率用电设备，室内无腐蚀性气•2.1.2实验条件•（1）氩气：纯度不小于99.99%，带（氩）氧气减压表•（2）硼氢化钠（钾），含量95%以上•（3）盐酸、硝酸等（优级纯以上）•（4）纯净水（18MΩ）•（5）器皿：要经过技术监督部门的校准鉴定。•2.2仪器条件参数（包括负高压、灯电流、气流量、原子化器高度等见第1部分）2.3分析方法：•吉天公司的产品-AFS系列双道原子荧光光度计可以分为两大类，即AFS-8X系列和AFS-9X系列。•AFS-8X是以间歇泵为进样氢化物反应系统的双道原子荧光光度计•AFS-9X是以顺序注射泵为进样氢化物反应系统的双道原子荧光光度计•大家所用的仪器的型号不同，同型号的仪器也条件各不相同，甚至还原剂的条件也不尽相同。所以有关标准以及各种文献资料介绍的方法中的仪器条件以及其它参数如还原剂浓度均无太大的参考价值，这些条件参数应以仪器厂家提供的参数为准。而有关标准以及各种文献资料中有价值的是样品处理方法、试剂的配制方法、干扰的消除方法等内容。•原子荧光仪器的特点决定了每台仪器的工作条件不是统一的。•仪器工作条件的选择原则是：•首先要初步判断样品中待测元素的大致含量，依你所使用的仪器的检测范围（即最高限和最低限），通过样品之称样量及定容体积来控制待测试溶液中待测元素的大致浓度范围；•其次依待测元素的大致浓度范围来确定工作曲线的标准系列溶液的浓度；•然后根据标准系列溶液的浓度范围设置仪器的各项参数，高浓度的标准系列要把仪器的各项参数（如灯电流、负高压等）降低，反之，则要提高。3氢化物发生-双道原子荧光光度计仪器的使用注意事项•3.1仪器的开关机顺序：•开机顺序为:打开计算机的电源开关，待计算机进入Win98(Me/2000/XP)并检测完毕后，再打