原子荧光分析仪的结构和原理 分析仪工作原理

原子荧光分析仪的结构和原理分析仪工作原
理
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。

依据荧光产生机理的不同，原子荧光的类型达到十余种，但在实际分析中紧要有:
共振荧光
处于基态或低能态的原子, 吸取光源中的共振辐射跃迁到高能态, 处于高能态的原子在返回基态或相同低能态的过程中, 发射出与激发光源辐射相同波长的荧光,这种荧光称为共振荧光。

直跃线荧光
当处于基态的价电子受激跃迁至高能态（E2），处于高能态的激发态电子在跃迁到低能态（E1）（但不是基态）所发射出的荧光被称为直跃线。

阶跃线荧光
当价电子从基态跃迁至高能态（E2）后, 由于受激碰撞损失部分能量而降至较低的能态（E1）。

从较低能态（E1）回到基态（E0）时所发出的荧光称为阶跃线荧光。

热助阶跃线荧光
基态原子通过吸取光辐射跃迁至高能态（E2）, 处于高能态的价电子在热能的作用下进一步激发, 电子跃迁至与能级E2相近的更高能态E3、当去激发至低能态（E1）（不是基态）时所发出的次级光被称为热助阶跃线荧光.
敏化荧光
当受激的第yi种原子与第二种原子发生非弹性碰撞时, 可能把能量传给第二种原子, 从而使第二个原子被激发, 受激的第二种原
子去激发过程中所产生的荧光叫敏化荧光.
原子吸取和原子荧光结构仿佛，也可以分成四部分：激发光源、原子化器、光学系统和检测器。

1、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。

空心阴极灯—工作原理
空心阴极灯是一种特别的低压放电现象，在阴阳两极之间加以300～500V的电压，这样两极之间形成一个电场，电子在电场中运动，并与四周充入的惰性气体分子发生碰撞, 使这些惰性气体电离。

气体中的正离子高速移向阴极，阴极在高速离子碰撞的过程中溅射
出阴极元素的基态原子，这些基态原子与四周的的离子发生碰撞被激发到激发态，这些被激发的高能态原子在返回基态的过程中会发射出该元素的特征谱线 .
空心阴极灯特点
灯结构简单、空心阴极灯制作工艺成熟；
工作性能稳定 ,寿命一般可以大于3000mAh ,发光稳定性1小时漂移在2%以内发射强度基本可以充分常规分析要求；
对仪器的光源部分的电源无特别要求，也不需要其他辅佑襄助设施；
价格便宜.
HCL作为原子荧光的激发光源也有其美中不足的地方，紧要是辐射能量偏低，限制了原子荧光分析检出下限的进一步降低 .
空心阴极灯的维护
选取适当大小的灯电流；
低熔点元素的灯在使用过程中不能有较大的震动，使用完毕后必需待灯管冷却后才能取下，以防阴极填充物被倒出或空心阴极变形；
激活处理.假如灯不常常使用，则每隔确定时间在额定工作电流下点燃30min；
注意不要沾污发射线出射窗口，也不要有手指直接触摸出射窗口；
2、原子化器：
原子荧光分析仪对原子化器的要求与原子吸取光谱仪基本相同。

但所用的火焰与AAS的不同，主是由于在通常的AAS火焰中，荧光猝灭严重，必需用Ar稀释的火焰。

当用氢化物发生法时，直接使用Ar气氛下的石英加热方法进行原子化。

原子化器性能紧要考虑的因素
原子化效率高。

低的辐射背景和背景闪亮。

原子荧光猝灭效应低。

被测元素的原子在光路中有较长的停留时间。

原子化效率稳定，记忆效应小，操作简单
使用成本低。

原子化器的紧要类型
火焰原子化器
电热原子化器
电感耦合等离子体
石英管原子化器
微波等离子体
辉光放电等离子体
石英炉原子化器是一种适合于低温火焰的简单原子化器. 紧要特点:
结构简单；
抗腐蚀本领强；
记忆效应小；
使用寿命长；
制作加工便利廉价等特点.
炉芯结构
内气————氢化物蒸汽、氩气、氢气
外气————氩气，作用如下：
（1）防止氢化物被氧化，提高原子化效率（2）防止荧光猝灭
（3）保持原子化环境的相对稳定
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
3、光学系统：
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，削减和除去杂散光。

色散系统对辨别本领要求不高，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别分析线和邻近谱线，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，操作便利。

缺点是散射光的影响大。

4、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，以避开激发光源对检测原子荧光信号的影响。

用于光信号的检测，紧要类型有：
光电池
二极管阵列
光电倍增管
固态检测器
A: 电荷耦合检测器（CCD）
B: 电荷注入检测器（CID）日盲光电倍增管
光阴极材料Cs—Te；
波长范围：160～320nm；
灵敏响应波长：254nm；
窗体材料：石英。

原子荧光的5种进样方式：
*连续流动法：样品及还原剂均以不同的速度在管子中流动并在混合器中混合，产生氢化物。

优点：供应的信号是连续信号缺点：严重挥霍样品和还原剂
*流动注射法：与连续流动法仿佛，样品是通过采样阀进行“采样”“注射”切换，由于样品是间隔输送到反应器中，因而所得的信号为峰状信号。

优点：定量进样，相对连续流动节省试剂；分析速度快
缺点：结构多而杂；国产电磁阀简单漏液；简单产生交叉污染，记忆效应
*断续流动法：是介于前两种方法之间的一种进样模式，利用计算机掌控蠕动泵的转速和时间，定时定量采样进行测定。

优点：定量进样，节省试剂；记忆效应小
缺点：泵管易老化损坏造成进样精度差，有脉动效应，氢化物会有损失。

其余2种为间歇泵法和次序注射法。

关于气体分析仪器应用的难点
气体分析仪器是一种用来进行气体成分分析检验的工具，借助它能得到某些成分种类和含量的数据。

但是，气体分析仪器不是一种简单的工具，它既不像流量计、压力表那样结构简单，也不像各种热工仪表那样易于操纵使用。

它是一类结构多而杂、使用技术难度较大的工具，使用气体分析仪器是一项较多而杂且不易把握的专门技术。

一般地说，气体分析仪器应用本身是一门独特的技术工作，而且是一种具有讨论性质的工作，金相显微镜。

但是，这一点是不为
行外人所认知和理解的。

关于气体分析仪器应用的难点，从以下几方面分析可以概略地了解一二、2.1气体分析是实现一系列的化工过程
一台气体分析仪或一套气体分析系统相当于一套完整的化工工艺设备，因此，气体分析仪器系统工作过程就是在实现一系列的化工过程。

若想通过气体分析得到正确数据，就必需了解这一系列化工过程中各阶段的情况及变化，认真讨论并把握其中的规律，只有这样才能达到正确测定的目的。

应当指出，不仅在一台气体分析仪器内部具备一套化工工艺过程的同样情况和条件，而且，有时在仪器前级的样气预处理部分（含取样系统）也同样是一套化工工艺过程。

如碰到较多而杂、较特别的工艺技术条件的话，那么样气预处理系统所体现的化工过程还是特别多而杂的，相当于一个小化工厂的净化处理工艺过程。

由此可见，气体分析的过程就是在了解并把握整个化工过程系统条件的条件下，严格掌控各种影响测定条件的因素，从而得到工艺及整治职员所需要的正确数据。

1、应用过程中掌控影响因素和排出干扰因素困难较大
在仪器应用的过程中，影响因素种类较多且变化较多而杂，而要想有效地掌控这些影响因素及排出干扰测定的因素则困难比较大。

例如微量氧的测定，不但要严格掌控系统材质和密封，而且系统的干净等诸多因素也必需逐一解决好，否则，氧成分分析不会得到正确的测定结果。

而对于气体中微量水含量的测定，除了考虑以上提到的各种影响因素外，还必需考虑到样气中的水在管道内的吸附平衡题目，而这一题目的妥当处理必需依靠反复试验，了解其变化情况和规律，把握其中的操纵技术，以便得到正确无误的结果。

当然，使用气相色谱仪测定高纯气体中ppm—ppb级杂质成分含量要考虑和掌控的影响因素就更加多而杂了。

2、微量气体成分分析的影响因素更多而杂
气体成分在管道及设备中活动时发生的微观变化是多而杂的、多变的。

在常量气体成分分析时可以疏忽的诸多影响因素，在微量气体成分分析时不仅不能疏忽，反而必需认真对待，此时，这些因素已经成为影响微量气体成分分析正确结果的紧要冲突，必需逐一排出和解决才能使微量气体分析仪器工作顺当完成。

这些影响因素紧要包括以下几个方面：
①取样管路内气体多次的反复混合；
②管壁与气体成分的物理化学作用；
③管路材质；
④管路连接方式；
⑤管路干净程度。

仪器和方法验证是获得正确数据的关键之一仪器作为一种计量检测工具，在正常运行情况下，给出的数据尽大多数都是相对量值，激光粒度分析仪性能评价指标介绍，测定数据是否正确及正确的程度（精度），仪器本身是无法供应的，也是无法证明的。

必需依靠外围技术工作完成，这就是分析数据的验证工作。

（1）仪器线性关系的验证。

首先，为确保仪器的正常运行，分析仪器作为计量仪器的一种，必需每年经过权威计量部分依照国家订立的规程进行检测，方能许可使用。

同时，每年还需要用系列标准气体检查仪器在整个线性范围内的线性关系是否保持正常的状态。

否则盲目信任分析仪器（即使是进口仪器）的完好程度确定会使错误的数据导致生产整治及质量整治上的失误。

（2）误差分析。

在分析仪器的应用过程中，对于每一次测定结果的数据，必需作出误差分析，以确定数据分析的真实性、牢靠性和可信程度。

一个合格的分析工是不会也不应当马马虎虎地把每次分析测定的结果上报或公布的。

一般是在测定结果得出后，经过误差分析，在确定分析数据的误差总和小于规定的答应误差时，才将这一个（或一组）数据视为正确测定结果上报或公布。

否则，不正确的数据会给生产整治者带来严重的不良后果。

（3）定量分析常用的仪器校正。

气体分析仪作为一种定量分析仪器，在做定量分析前必需使用标准气进行校正（或标定）。

标准气一般是从国家计量部分或正当工厂购买的，在特别情况下，也可以自行配置（但要具有配置标准气的资格和本领以及相关的设备）。

标准气保质期为一年，在使用标准气校正分析仪器时，还必需深进了解正常手续和使用规律。

假如购买和使用分歧乎要求的标准气，会导致分析数据的极大偏差。

假如对标准气的使用要求不甚了解，也会因得不到正确数据结果，给空分生产带来麻烦。

分析工程师要精益求精和进步分析检测技术一个合格的分析工程师需要不断学习和讨论分析仪器的新技术及仪器分析新技术，并适时将其应用到本职工作中，以达到精益求精和进步分析检测技术的目的。

一个分析工程师不但要能够尽可能搞好现有设备的应用，而且还应当在对现今使用的仪器原理、结构及性能深进了解的基础上，随时吸取国外及国内先进分析技术，不断技术创新，进一步完善并进步现有仪器的检测水平，而不只是充分于简单操纵。

总之，微量气体分析是一项专门技术，也是门带有讨论性质的工作，它决议着气体分析仪器应用效果和水平。

微量气体分析技术又是一门实科学，必需经过大量的试验实践才能摸索出其中化的规律性，才能很好地把握它，并圆满解决各实在的微量气体分析课题。

这也是在20世纪6070时代开始研制高纯气体时，我国第一代气体析工的阅历总结。

他们几十年的气体分析实得出的这一结论应当引起后人的重视。

我们希看气体分析技术工能够在空分飞速进展新形
势下，获得更快更大的进展。