第5节 原子荧光光谱分析法
原子荧光分析法
原子吸收特征波长的辐射后，外层电子由基 态或低能态向高能态跃迁，大约经过10-8s 后，电子又跃迁回基态或低能态，同时发射 出原子荧光。在与激发光源成90°夹角的方 向测量荧光的强度。
原子荧光：
原子吸收特征波长的辐射后，外层电子由基态或低能 态向高能态跃迁，大约经过10-8s后，电子又跃迁回基 态或低能态，同时发射出与原激发波长相同（共振荧 光）或不同的辐射（非共振荧光：直跃线荧光、阶跃 线荧光、阶跃激发荧光、敏华荧光等等），统称为原 子荧光。
为原子态汞：
3H2O+4Hg2+ +BH4-→4Hg+H3BO3+7H+
原子荧光分析仪的检测器
原子荧光分析中比较常用的检测器是光电倍增管， 除此之外，还可以用光导摄像管。
原子荧光分析法的原理
原子荧光分析法是通过测量待测元素的原子蒸气在辐 射能激发下产生的荧光发射强度，来确定待测元素含 量的方法。
基态原子吸收辐射光后，由基态激发成激发态原子， 这种状态不稳定，因此原子又以荧光形式放出多余的 能量。原子荧光分析法就是根据这个过程产生特征荧 光的强度进行分析的方法。
原子荧光分析仪的光源选择
空心阴极灯 无极放电灯 连续光源（高压氘灯等）
空心阴极灯
施加适当电压时,电子将从空心阴极内壁流向阳极;电子 与灯内充入的惰性气体碰撞，使气体电离产生正电荷。
正电荷在电场作用下,向阴极内壁猛烈轰击，使阴极表 面的金属原子溅射出来；
溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子 发生撞碰而被激发,于是阴极内辉光中便出现了阴极物 质和内充惰性气体的光谱。
无极放电灯
在石英管内放适量金属化合物，管内充满低压氩气， 在射频或微波高频电场中，氩气首先被激发，随着放 电管内温度升高，金素化合物蒸发并在放电过程中进 一步被解离、激发，从而辐射出金属元素特征谱线。
原子荧光光谱法原理
原子荧光光谱法原理
原子荧光光谱法( AFS) 因化学蒸气分离、非色散光学系统等特性，是测定微量砷、锑、铋、汞、硒、碲、锗等元素最成功的分析方法之一。
原子荧光光谱法（AFS）是介于原子发射光谱（AES）和原子吸收光谱（AAS）之间的光谱分析技术。
原子荧光光谱法原理：基态原子（一般蒸汽状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。
测量待测元素的原子蒸气在一定波长的辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的方法。
原子荧光的波长在紫外、可见光区。
气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，约经10-8秒，又跃迁至基态或低能态，同时发射出荧光。
若原子荧光的波长与吸收线波长相同，称为共振荧光；若不同，则称为非共振荧光。
共振荧光强度大，分析中应用最多。
在一定条件下，共振荧光强度与样品中某元素浓度成正比。
该法的优点是灵敏度高，目前已有20多种元素的检出限优于原子吸收光谱法和原子发射光谱法；谱线简单；在低浓度时校准曲线的线性范围宽达3~5个数量级，特别是用激光做激发光源时更佳。
主要用于金属元素的测定，在环境科学、高纯物质、矿物、水质监控、生物制品和医学分析等方面有广泛的应用。
原子荧光光谱分析法具有很高的灵敏度，校正曲线的线性范围宽，能进行多元素同时测定。
这些优点使得它在冶金、地质、石油、农业、生物医学、地球化学、材料科学、环境科学等各个领域内获得了相当广泛的应用。
原子荧光光谱法
色散型
数据处理和仪器控制系统 氢化物发生系统
氢化物（蒸气）发生 原子荧光法
原理
As、Sb、Bi、Se、Te、Pb、Sn、Ge 8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
氢化物反应
原子荧光仪器结构
通道
单道、双道、三道、四道 优势： 多元素同时测定；单道增强
多通道设计
原子荧光仪器结构
检测器
日盲光电倍增管
检测波长范围： 160nm~320nm
原子荧光仪器结构
外观
PF6多道全自动原 子荧光光度计
原子荧光仪器结构
模块化设计
原子荧光仪器结构
五、原子荧光的应用
1.氢化法在原子荧光光谱法中的应用
气相干扰（物理干扰）-----传输过程中、原子化过程中
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 浓度等。
气相干扰：分离、选择最佳原子化环境
氢化物(蒸气)发生-原子荧光光谱仪
氢化物（蒸气）发生—无色散原子荧光光谱仪 仪器装置由六大部分组成： A 进样系统 B 氢化物（蒸气）发生系统 C 光源系统 D 光学系统 E 原子化系统 F 检测系统
原子荧光仪分为两类，色散型和非色散型。 荧光仪与原子吸收仪相 似，但光源与其他部件不在一条直线上，而是900 直角，而避免激发光 源发射的辐射对原子荧光检测信号的影响。
滤光片 非色散型
激发光源：空心阴极灯或 氙弧灯
原子化器：与原子吸收法相同
色散系统：色散型-光栅 非色散型-滤光片
检测系统：光电倍增管
第5节 原子荧光光谱分析法
17:52:03
（2）非共振荧光
当荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光； 分为：直跃线荧光、阶跃线荧光、anti-Stokes荧光三种；
直跃线荧光（Stokes荧光）：跃回到高于基态的亚稳态时
所发射的荧光；荧光波长大于激发线波长（荧光能量间隔小 于激发线能量间隔）； a b c d
17:52:03
直跃线荧光（Stokes荧光）
热激发，荧光发
射线357.87nm， 图(c)B、D
17:52:03
anti-Stokes荧光：
荧光波长小于激发线波长；先热激发再光照激发(或反 之)，再发射荧光直接返回基态；图(d) ； 铟原子：先热激发，再吸收光跃迁451.13nm；发射荧光 410.18nm， a 图(d)A、C ； b c d
当光源强度稳定、辐射光平行、自吸可忽略 ，发射荧光
的强度 If 正比于基态原子对特定频率吸收光的吸收强度 Ia ；
If = 在理想情况下： Ia
I f Φ I 0 A K 0 l N K c
I0 原子化火焰单位面积接受到的光源强度；A为受光照射在 检测器中观察到的有效面积；K0为峰值吸收系数；l 为吸收光 程；N为单位体积内的基态原子数；
第二节 原子吸收分光光度仪
atomic absorption spectrometer
第三节 干扰与抑制
interferences and elimination
第四节 操作条件选择与应用
choice of operating condition and application
第五节 原子荧光光谱分析法
原子荧光光谱分析法
原子荧光光谱分析法原子荧光光谱分析法具有许多优点。
首先，它具有高选择性。
不同元素的原子荧光光谱具有独特的发射谱线，因此可以通过分析谱线的特征来确定元素的种类。
其次，它具有高灵敏度。
原子荧光光谱的灵敏度可以达到ppm（百万分之一）甚至ppb（十亿分之一）的级别，因此可以准确测量低浓度元素的含量。
此外，该方法还具有无损、快速、简便、高效的特点。
原子荧光光谱分析的操作步骤主要包括：试样的制备、仪器的校准和测量。
试样的制备过程通常包括溶解、溶解质的去除、稀释等步骤，以确保分析的准确性。
仪器的校准是为了消除仪器的系统误差，一般是通过测量已知浓度的标准样品来进行校准。
校准后，样品可以直接进行测量，得到原子荧光光谱。
根据光谱峰的强度和位置，可以确定样品中元素的种类和含量。
原子荧光光谱分析法可以应用于不同领域的元素分析。
例如，在环境科学中，可以用来分析水和土壤中的重金属元素，以评估环境污染的程度。
在材料科学和工业生产中，可以用来分析金属合金中的成分，以确保产品质量。
在生物医学领域，可以用来分析人体组织中的元素，以研究人体健康和疾病。
然而，原子荧光光谱分析方法也存在一些限制。
首先，由于原子荧光光谱需要能量激发原子才能产生光谱，因此只有具有较低能级的原子才能产生明显的荧光，高能级原子的荧光光谱往往比较弱。
其次，由于原子荧光光谱需要对样品进行激发，因此对于不同的元素需要不同的激发能量和波长，这增加了分析的复杂性。
此外，原子荧光光谱在测量过程中还容易受到背景噪声的干扰，影响测量结果的准确性。
总的来说，原子荧光光谱分析法是一种重要的分析技术，具有高选择性、高灵敏度、无损、快速、简便、高效等特点。
在各个领域的元素分析中有广泛的应用前景，是研究和应用的重要手段。
随着技术的不断发展，原子荧光光谱分析法将能够提供更加准确、灵敏、高效的元素分析方法。
原子荧光光谱分析
原子荧光光谱分析利用原子荧光谱线的波长和强度进行物质的定性与定量分析的方法。
原子蒸气吸收特征波长的辐射之后，原子激发到高能级，激发态原子接着以辐射方式去活化，由高能级跃迁到较低能级的过程中所发射的光称为原子荧光。
当激发光源停止照射之后，发射荧光的过程随即停止。
原子荧光可分为3类：即共振荧光、非共振荧光和敏化荧光，其中以共振原子荧光最强，在分析中应用最广。
共振荧光是所发射的荧光和吸收的辐射波长相同。
只有当基态是单一态，不存在中间能级，才能产生共振荧光。
非共振荧光是激发态原子发射的荧光波长和吸收的辐射波长不相同。
非共振荧光又可分为直跃线荧光、阶跃线荧光和反斯托克斯荧光。
直跃线荧光是激发态原子由高能级跃迁到高于基态的亚稳能级所产生的荧光。
阶跃线荧光是激发态原子先以非辐射方式去活化损失部分能量，回到较低的激发态，再以辐射方式去活化跃迁到基态所发射的荧光。
直跃线和阶跃线荧光的波长都是比吸收辐射的波长要长。
反斯托克斯荧光的特点是荧光波长比吸收光辐射的波长要短。
敏化原子荧光是激发态原子通过碰撞将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的荧光。
根据荧光谱线的波长可以进行定性分析。
在一定实验条件下，荧光强度与被测元素的浓度成正比。
据此可以进行定量分析。
原子荧光光谱仪分为色散型和非色散型两类。
两类仪器的结构基本相似，差别在于非色散仪器不用单色器。
色散型仪器由辐射光源、单色器、原子化器、检测器、显示和记录装置组成。
辐射光源用来激发原子使其产生原子荧光。
可用连续光源或锐线光源，常用的连续光源是氙弧灯，可用的锐线光源有高强度空心阴极灯、无极放电灯及可控温度梯度原子光谱灯和激光。
单色器用来选择所需要的荧光谱线，排除其他光谱线的干扰。
原子化器用来将被测元素转化为原子蒸气，有火焰、电热、和电感耦合等离子焰原子化器。
检测器用来检测光信号，并转换为电信号，常用的检测器是光电倍增管。
显示和记录装置用来显示和记录测量结果，可用电表、数字表、记录仪等。
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（2）非共振荧光
当荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光；
分为：直跃线荧光、阶跃线荧光、anti-Stokes荧光三种；
直跃线荧光（Stokes荧光）：跃回到高于基态的亚稳态时
所发射的荧光；荧光波长大于激发线波长（荧光能量间隔小
于激发线能量间隔）；
a
b
c
d
2020/3/21
直跃线荧光（Stokes荧光）
荧光量子效率≈1
2020/3/21
4.待测原子浓度与荧光的强度
当光源强度稳定、辐射光平行、自吸可忽略 ，发射荧光 的强度 If 正比于基态原子对特定频率吸收光的吸收强度 Ia ；
If = Ia
在理想情况下：
If Φ I0A K 0lN K c
I0 原子化火焰单位面积接受到的光源强度；A为受光照射在 检测器中观察到的有效面积；K0为峰值吸收系数；l 为吸收光 程；N为单位体积内的基态原子数；
2020/3/21
2.原子荧光的产生类型
三种类型：共振荧光、非共振荧光与敏化荧光 （1）共振荧光
共振荧光：气态原子吸收共振线被激发后，激发态原子
再发射出与共振线波长相同的荧光；见图A、C；
热共振荧光：若原子受热激发处于 压稳态，再吸收辐射进一步激发，然 后再发射出相同波长的共振荧光；见
图B、D；
2020/3/21
2．主要部件
光源：高强度空心阴极灯、无极放电灯、可调频激光器； 可调频激光器：高光强、窄谱线；
原子化装置：与原子吸收法相同； 色散系统：光栅、滤光器； 检测系统：
2020/3/21
谢谢
2.缺点 存在荧光淬灭效应、散射光干扰等问题；
2020/3/21
二、基本原理
原子荧光光谱法原理
原子荧光光谱法原理
原子荧光光谱法是一种用于定量分析元素的分析技术。
它基于原子在受激激发的情况下发射特定波长的荧光光谱的原理。
原子荧光光谱法利用光源对样品中的原子进行激发。
当原子从基态转变为激发态时，它们会吸收入射光的能量。
随后，原子会从激发态返回基态，并发射出与其原子结构和能级差相关的特定波长的荧光光谱。
对荧光光谱进行测量和分析可以提供关于样品中存在的元素的信息。
每种元素都有其特定的荧光光谱，这使得可以通过测量荧光光谱来确定样品中元素的存在和浓度。
原子荧光光谱法的分析过程通常涉及以下步骤：
1. 准备样品：将样品制备成可满足荧光光谱测量条件的形式，例如溶液或固体样品的溶解。
2. 光源激发：使用合适的光源来激发样品中的原子，通常是使用强度足够的波长适当的光源。
3. 荧光光谱测量：测量样品荧光光谱的波长和强度。
光谱仪通常用于高分辨率地记录荧光光谱。
4. 分析和定量：通过比较样品的荧光光谱与标准样品的光谱，可以确定样品中元素的存在和浓度。
采用原子荧光光谱法的优点包括高灵敏度、较低的检测限、宽线性范围和多元素分析能力。
它广泛应用于各种行业，包括环境、食品、药物和矿产等领域的元素分析。
原子荧光光谱法
原子荧光光谱法原子荧光光谱法一、概述原子荧光光谱法是一种专门用于分析原子的物质结构和组成的方法。
该方法利用了原子的特性发射出特定波长的光线来进行分析，具有高灵敏度和精确度等优点。
它广泛应用于化工、冶金、电子、环保等领域中。
二、工作原理原子荧光光谱法的工作原理是将待检物样品进入火焰或等离子体中加热到极高温度，使其中原子被激发到激发态，然后随着原子的自发跃迁，从激发态跃迁回基态时，发出一定波长的特定光线，通过仪器检测出这些发射光谱，再进行计算和分析得到样品中元素成分的定量分析结果。
三、操作流程1.准备样品：将待分析物质制成高纯度的化合物或纯金属样品。
2.样品预处理：将样品加入溶剂中，加热或酸化等方式使其转变成原子迹状态。
3.样品的雾化：将样品雾化成细小的颗粒，通过进一步的气体等离子体激励，使得原子处于激发态。
4.测量光谱：通过分光仪等仪器测量样品中元素特征光谱，得出样品元素成分的信息。
5.结果分析：根据光谱结果，采用定量方法对待分析物质的成分进行分析和计算，获得定量分析结果。
四、应用领域原子荧光光谱法适用于分析大量金属元素，可用于纯金属、杂质金属等检测。
它被广泛应用于冶金、化工、电子、环保等领域。
比如用于水质、土壤、废水等环保领域的检测，能够检测出其中的重金属元素，为环保工作提供有力的技术保障。
五、存在的问题尽管原子荧光光谱法在分析中具有很大的优势，在实际应用中仍然存在一些问题。
比如由于仪器灵敏度限制，使用样品的环境也会对结果产生影响。
此外，样品的制备过程也会对结果产生重要影响。
对于不同样品的处理方法还需进一步研究。
综上所述，原子荧光光谱法是一种非常重要的化学分析方法，应用广泛。
在实际操作和结果分析时，需要注意一些问题。
未来，我们需要根据实际的样品情况，不断地改进研究方法，提高分析的准确性和可靠性。
原子荧光光谱分析法
CHAPTER 02
原子荧光光谱法基本原理
原子能级与跃迁
1 2 3
基态与激发态
原子中的电子按一定的能级分布，处于最低能级 的电子态称为基态，吸收能量后跃迁到较高能级 的电子态称为激发态。
能级跃迁
原子中的电子在吸收或发射特定频率的光子时， 会在不同的能级之间发生跃迁。这种跃迁是原子 荧光光谱分析的基础。
荧光寿命
荧光寿命是指原子在激发态停留 的平均时间。荧光寿命的长短决 定了荧光的强度和持续时间。
荧光光谱特性
01
荧光光谱
荧光光谱是指荧光强度随发射光子频率（或波长）的变化关系。通过测
量荧光光谱，可以获得关于原子能级结构和跃迁特性的信息。
02 03
斯托克斯位移
斯托克斯位移是指荧光光谱中发射光子的频率低于吸收光子的频率的现 象。这是由于在退激发过程中，原子会损失一部分能量给周围环境，导 致发射的光子能量降低。
多元素荧光光谱仪的研制
研制具有多通道检测能力的荧光光谱仪，实现对不同元素的独立检 测和同时测定。
多元素分析方法的建立
建立基于多元素荧光探针和荧光光谱仪的多元素分析方法，为复杂 样品的多元素分析提供有效手段。
现场、在线、实时监测技术的应用
便携式荧光光谱仪的研制
开发便携式、小型化的荧光光谱仪，实现现 场、在线、实时监测的可行性。
荧光探针性能优化
通过改变荧光团的结构、引入辅助基团等手段，优化荧光探针的性 能，提高其抗干扰能力和稳定性。
荧光探针的筛选与评估
建立荧光探针筛选和评估体系，对大量候选探针进行快速筛选和性 能评估，加速高性能荧光探针的开发和应用。
多元素同时测定技术的发展
多元素荧光探针的设计
开发能够同时识别多种元素的荧光探针，实现多元素的同时测定 ，提高分析效率。
大学仪器分析教学课件原子荧光光谱法-文档资料
的强度 If 正比于基态原子对特定频率吸收光的吸收强度 Ia ；
If = 在理想情况下： Ia
I f Φ I 0 A K 0 l N K c
I0 原子化火焰单位面积接受到的光源强度；A为受光照射在 检测器中观察到的有效面积；K0为峰值吸收系数；l 为吸收光 程；N为单位体积内的基态原子数；
（2）非共振荧光
当荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光； 分为：直跃线荧光、阶跃线荧光、anti-Stokes荧光三种；
直跃线荧光（Stokes荧光）：跃回到高于基态的亚稳态时
所发射的荧光；荧光波长大于激发线波长（荧光能量间隔小 于激发线能量间隔）； a b c d
08:53:40
直跃线荧光（Stokes荧光）
08:53:40
三、原子荧光光度计
1．仪器类型
单通道：每次分析一个元素； 多通道：每次可分析多个元素； 色散型：带分光系统； 非色散型：采用滤光器分离分析线和邻近线； 特点： 光 源 与检测器 成一定角 度；
08:53:40
多道原子荧光仪
多个空心阴极灯同时照射，可同时分析多个元素
08:53:40
他非荧光发射方式给出，产生非荧光去激发过程，使荧光减
弱或完全不发生的现象。 荧光猝灭程度与原子化气氛有关，氩气气氛中荧光猝灭 程度最小。如何恒量荧光猝灭程度？ 荧光量子效率： = f / a
f 发射荧光的光量子数； a吸收的光量子数之比；
荧光量子效率≈1
08:53:40
4.待测原子浓度与荧光的强度
Pb原子：吸收线283.13 nm；荧光线407.78nm； 同时存在两种形式： 铊原子：吸收线337.6 nm；共振荧光线337.6nm； 直跃线荧光535.0nm； a b c d
原子荧光光谱实验技术解析
原子荧光光谱实验技术解析
在当今的化学分析领域中，原子荧光光谱实验技术被广泛应用于元素分析和检测。
原子荧光光谱是一种利用原子、分子发射特征光谱进行元素检测的仪器技术。
本文将深入探讨原子荧光光谱实验技术的工作原理、仪器构成、实验方法以及相关应用。
工作原理
原子荧光光谱实验技术基于原子发射光谱原理，通过激发原子或离子，使其跃迁至高能级，然后再回到基态释放能量，放出特征波长的荧光光。
这些特征光谱可用于元素识别和定量分析。
仪器构成
原子荧光光谱实验技术主要由激发能量源、光学系统、光谱分析系统和数据处理系统组成。
激发能量源可采用电子束、激光等激发方式；光学系统包括狭缝、光栅等光学元件；光谱分析系统通常采用光电倍增管等光学探测器；数据处理系统对采集的光谱数据进行处理和分析。
实验方法
原子荧光光谱实验的步骤包括样品预处理、仪器校准、激发和检测等。
首先是样品预处理，通常是将样品溶解或分解成溶液，然后进入仪器进行校准调试，调节激发能量和检测条件。
最后进行实验测量，记录光谱数据并进行分析。
应用
原子荧光光谱实验技术在环境监测、生命科学、材料分析等领域有着广泛的应用。
例如，在环境领域可用于水质检测、土壤污染分析；在生物医学领域可用于体液元素测定；在材料科学中可用于金属合金成分分析等。
结语
通过本文的介绍，我们了解了原子荧光光谱实验技术的工作原理、仪器构成、实验方法和应用领域。
这种技术在化学分析中发挥着重要作用，为元素分析提供了一种高效准确的手段。
希望本文能够帮助读者更加深入地了解原子荧光光谱实验技术的相关知识。
第十六章原子荧光光谱法(36)
空气-乙炔、氧化亚氮-乙炔：火焰温度高，可用于难原 子化的元素分析，背景信号和噪音增加，影响原子荧光法的 检测限。火焰燃烧的气体分子可引起荧光的猝灭。顺序为：
Ar<H2<H2O<N2<CO<O2<CO 2 火焰背景和热辐射信号在400nm光谱区很强，适于 <400nm的元素分析，检测限优于原子吸收。
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4. 线性范围 0.0014ng～1.0ng （三）氢化物发生原子荧光分析的特点 1.元素和基体分离，光谱和化学干扰少 2.灵敏度高 3.控制条件下，可实现价态分析 4.可测定11种元素
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二、激光诱导原子荧光法（laser induced atomic fluorescence spectrosmetry) 可调谐染料激光器为激发光源，检测限低、准确度和精
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阶跃荧光：回到基态时两步去活化。非弹性碰撞损失部 分能量，跃迁发出荧光，Na吸收330.3nm，发射588.99nm。 通过热助可使激发态原子进一步激发至更高的能级上，然后 跃迁到第一激发态发射的荧光称热助阶跃线荧光。
8
9
2. 反斯托克斯（anti stokes fluorescence) ：比激发光波 长短。能量由原子化器提供热能补充。热助直跃式：先受热 处于激发态，再吸收激发光跃迁至更高的激发态，然后回到 基态；热助阶跃式：受光后处于激发态，然后受热跃迁至更 高激发态，然后回到基态。如：铟原子受热后吸451.18nm， 发出410.18nm。
基态原子蒸气吸收激发光源一定波长的辐射后，外层电
2
子从基态跃迁至激发态，。
原子被激发后，外层电子发生不同的跃迁，发射的原子 荧光波长亦不同，经光谱仪色散后，形成按一定波长顺序排 列的原子荧光光谱。各种原子都有特征的原子荧光光谱，一 定条件下原子荧光强度与该元素原子蒸气浓度成正比。
原子荧光分析法
荧光强度IF
IF I0 AlN Kc
原子荧光分光光度计
原子荧光分析所用的 仪器和原子吸收分析 一些部件相同
为避免激发光源发射 的辐射对原子荧光检 测信号的影响，原子 荧光光度计的光源、 原子化器、分光系统 不在一条直线上，而 是排成一定的角度， 如直角。
原子荧光分光光度计
采用火焰及非火焰原子化器（石墨炉）实现原 子化，但火焰会产生荧光淬灭。
2）谱线干扰少；可以做成非色散AFS； 3） 校正曲线范围宽(3-5个数量级)； 4）易制成多道仪器---多元素同时测定； 5）荧光猝灭效应、复杂基体效应等可使测定灵
敏度降低； 6）散射光干扰； 7）可测量的元素不多，应用不广泛（主要因为
AES和AAS的广泛应用，与它们相比，AFS没 有明显的优势）
原子荧光的产生
荧光是一种光致发光现象，将试样溶液通过火 焰原子化器或无火焰原子化器时，试样溶液中 许多金属元素变为基态原子而成为原子蒸气。 如有光源发出的强射线照射到原子蒸气上，金 属原子吸收特征波长光的能量，从基态激发到 高一级能态，激发的金属原子在由激发态返回 到基态时发出了与激发光波长相等的荧光。
原子荧光光谱法
Atomic fluorescence spectrometry, AFS
原子荧光光谱法
定义——是一种通过测量待测元素的原子 蒸气在辐射能激发下所产生荧光的发射强 度，来测定待测元素含量的一种发射光谱 分析方法。
特点
1）灵敏度高，检出限较低。采用高强度光源可 进一步降低检出限；
荧光淬灭——在原子荧光发射过程中，受激原 子和其他粒子碰撞，将部分能量变成热运动或 其他形式的能量而损失。荧光淬灭会使荧光的 量子效率降低，从而降低测定灵敏度。
空气-乙炔火焰具有较强的淬灭作用，宜使用惰 性气体Ar作雾化气体的氢-氧火焰。或以He为 保护气体（代替N2）的石墨炉原子化器。
原子吸收及原子荧光光谱分析
原子吸收及原子荧光光谱分析原子吸收光谱法（AAS）和原子荧光光谱法（AFSS）是两种广泛应用于化学、生物和环境科学领域的光谱分析方法。
本文将详细介绍这两种方法的基本原理、实验流程和仪器设备，并比较其优缺点。
原子吸收光谱法是一种基于原子能级跃迁的光谱分析方法。
样品中的元素在高温下被激发为原子态，原子蒸气相中被特定波长的光源照射，吸收其共振辐射，进而测量光源的减弱程度，推算出样品中待测元素的含量。
样品处理：将样品溶解于适当的溶剂中，以制备成待测溶液。
标准溶液配制：精确配制一系列不同浓度的标准溶液。
绘制标准曲线：测定不同浓度标准溶液的吸光度，绘制吸光度与浓度的关系曲线。
测定样品吸光度：测定待测溶液的吸光度，并将其与标准曲线进行比较，得到待测元素的含量。
原子吸收分光光度计的主要部件包括光源、原子化器、分光系统和检测系统。
光源通常为空心阴极灯，能发射待测元素的特征光谱。
原子化器主要有火焰原子化器和石墨炉原子化器两种。
火焰原子化器操作简便，但灵敏度较低；石墨炉原子化器灵敏度高，但操作较复杂。
分光系统采用光栅或棱镜进行分光，以得到待测元素的特征光谱。
检测系统则负责测量光谱的吸收程度。
原子荧光光谱法是一种基于原子荧光发射的光谱分析方法。
样品中的元素在高温下被激发为原子态，原子在受到一定波长的光源照射后会产生荧光，荧光的强度与原子的数目成正比，因此通过测量荧光的强度可以推算出样品中待测元素的含量。
样品处理：将样品溶解于适当的溶剂中，以制备成待测溶液。
标准溶液配制：精确配制一系列不同浓度的标准溶液。
绘制标准曲线：测定不同浓度标准溶液的荧光强度，绘制荧光强度与浓度的关系曲线。
测定样品荧光强度：测定待测溶液的荧光强度，并将其与标准曲线进行比较，得到待测元素的含量。
原子荧光光度计的主要部件包括光源、原子化器、激发光源、检测系统和信号处理系统。
光源通常为空心阴极灯，能发射特定波长的激发光。
原子化器主要有电热原子化器和化学原子化器两种，前者利用电热效应将样品转化为原子态，后者则利用化学反应将样品转化为原子态。
原子荧光光谱法课件
（1）共振荧光 发射与原吸收线波长相同的荧 光为共振荧光。 （2）非共振荧光 荧光的波长与激发光不同时， 称非共振荧光。 ( i. 直跃线荧光，ii. 阶跃线荧光，iii. anti— stores荧光。i和ii均为Stores荧光。） （3）敏化荧光 受激发的原子与另一种原子碰 撞时，把激发能传递给另一个原子使其激发， 后者再从辐射形式去激发而发射荧光即为敏化 荧光。
3．anti -Stokes荧光 当自由原子跃迁至某一能级，其获得的能量一 部分是由光源激发能供给，另一部分是热能供给， 然后返回低能级所发射的荧光为 anti-Stokes 荧光。 其荧光能大于激发能，荧光波长小于激发线波长。 例如铟吸收热能后处于一较低的亚稳能级，再吸 收450.13nm的光后，发射410.18nm的荧光，见图 (d).
（2）非共振荧光
当荧光与激发光的波长不相 同时，产生非共振荧光。非共 振荧光又分为直跃线荧光、阶 跃线荧光、anti Stokes（反斯托 克斯）荧光。
1. 直跃线荧光 激发态原子跃迁回至高于基态的亚稳态时所 发射的荧光称为直跃线荧光，见图(b). 由于荧光 的能级间隔小于激发线的能线间隔，所以荧光 的波长大于激发线的波长。如铅原子吸收 283 ． 31nm 的光，而发射 405 ． 78nm 的荧光。 它是激发线和荧光线具有相同的高能级，而低 能级不同。 如果荧光线激发能大于荧光能，
原子荧光光谱法
Atomic Fluorescence Spectrometry（AFS）
概述
原子荧光光谱法是 1964 年以 后发展起来的分析方法。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。但所用仪器 与原子吸收光谱法相近。
原子荧光光谱分析技术在
目录
CONTENTS
• 原子荧光光谱分析技术概述 • 原子荧光光谱仪组成及工作原理 • 样品前处理与实验操作技巧 • 原子荧光光谱法在元素分析中的应用 • 原子荧光光谱法与其他分析方法比较 • 原子荧光光谱法发展趋势及挑战
01 原子荧光光谱分析技术概述
CHAPTER
原子荧光光谱分析技术定义
原子化系统
原子化器
将样品中的待测元素转化 为气态原子，通常采用火 焰、石墨炉或电热蒸发等 方式。
燃气系统
为原子化器提供必要的燃 气，如乙炔、空气等，以 维持火焰燃烧。
样品引入系统
将待测样品引入原子化器， 通常采用气动雾化、超声 波雾化等方式。
分光系统
单色器
反射镜和聚焦镜
将复合光分解为单色光，通常采用光 栅或棱镜作为分光元件。
• 原子荧光光谱分析技术：一种基于原子能级跃迁产生的荧 光信号进行元素定性和定量分析的方法。
原子荧光光谱分析技术原理
原子激发
通过特定波长的光源照射样品 ，使样品中的目标元素原子被
激发至高能态。
荧光发射
被激发的原子在回落到低能态 时，以光子的形式释放出能量 ，产生特定波长的荧光。
信号检测
通过光电倍增管等检测器接收 荧光信号，并将其转换为电信 号进行放大和处理。
04 原子荧光光谱法在元素分析中的应用
CHAPTER
金属元素分析
痕量金属元素分析
原子荧光光谱法具有高灵敏度和 低检出限的特点，适用于痕量金 属元素的分析，如铅、汞、镉等。
多元素同时分析
通过选择合适的激发光源和荧光 检测器，可以实现多种金属元素 的同时分析，提高分析效率。
金属元素形态分析
原子荧光光谱法不仅可以测定金 属元素的总量，还可以结合其他 技术，如色谱分离技术，对金属 元素的形态进行分析。
原子荧光光谱
原子荧光光谱原子荧光光谱是一种重要的分析技术，用于确定某种物质中存在的元素种类和浓度。
该技术利用原子在高温下的电离和激发现象，产生特定的光谱线，通过测量不同波长的光线的强度，可以确定不同元素的浓度。
本文将介绍原子荧光光谱的原理、适用范围和实验方法。
一、原理原子荧光光谱的原理基于原子在高能量激发下的电离和激发现象。
当原子被电离或激发后，会从低位能级跃迁到高位能级，同时释放能量以光子的形式发射出去。
这些光子具有特定的波长和频率，称为谱线。
不同元素的谱线具有独特的波长和强度，因此可以根据光谱线进行元素分析。
原子荧光光谱的实验过程分为激发原子和测量光谱两个步骤。
激发原子的方法有火焰、弧光、电子轰击等方式。
当原子被激发后，会发射出一系列谱线，这些谱线的强度和波长可以通过光谱仪直接测量得到。
为了提高信噪比和减少干扰，通常需要对样品进行预处理和选择合适的激发波长。
二、适用范围原子荧光光谱适用于多种物质的元素定性和定量分析，包括金属、非金属和半金属元素。
该技术具有灵敏度高、选择性好、分析速度快等优点，特别适用于样品含量低的情况。
例如，检测地下水中的重金属含量，测定食品中的微量元素含量，以及痕量元素的分析等领域都广泛应用了原子荧光光谱技术。
三、实验方法原子荧光光谱的实验方法主要包括样品制备、装置设置和操作步骤等几个方面。
1. 样品制备样品制备过程要注意避免污染和样品损失。
对于固体样品，通常需要研磨成细粉末，并按一定比例加入内标元素。
对于溶液样品，要根据需要进行稀释和过滤去除杂质。
此外，还需要对不同元素的激发波长和测量线进行选择和优化。
2. 装置设置原子荧光光谱的装置包括激发源、光谱仪和数据处理系统。
激发源可以采用多种方式，如弧光灯、火焰燃烧器、电子轰击等。
光谱仪通常采用分光光度计或光栅光谱仪，具有高分辨率和高光学性能。
数据处理系统用于测量光谱强度和波长等参数，并进行数据处理和分析。
3. 操作步骤具体的实验操作步骤包括预热、校准、样品进样、测量和数据处理等几个步骤。
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内容选择： 内容选择：
第一节 原子吸收光谱分析基本原理
basic principle of atomic absorption spectroscopy
第二节 原子吸收分光光度仪
atomic absorption spectrometer
第三节 干扰与抑制
interferences and elimination
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（2）非共振荧光
当荧光与激发光的波长不相同时，产生非共振荧光； 分为：直跃线荧光、阶跃线荧光、anti-Stokes荧光三种； 直跃线荧光（Stokes荧光） 直跃线荧光（Stokes荧光）：跃回到高于基态的亚稳态时 荧光 所发射的荧光；荧光波长大于激发线波长（荧光能量间隔小 于激发线能量间隔）； a b c d
荧光量子效率≈1
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4.待测原子浓度与荧光的强度 4.待测原子浓度与荧光的强度
当光源强度稳定、辐射光平行、自吸可忽略 ，发射荧光 的强度 If 正比于基态原子对特定频率吸收光的吸收强度 Ia ； If = Φ Ia 在理想情况下：
I f =Φ⋅ I0 ⋅ A⋅ K0 ⋅ l ⋅ N = K ⋅ c
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直跃线荧光（Stokes荧光） 直跃线荧光（Stokes荧光） 荧光
Pb原子： Pb原子：吸收线283.13 nm；荧光线407.78nm； 原子 同时存在两种形式： 铊原子： 铊原子：吸收线337.6 nm；共振荧光线337.6nm； 直跃线荧光535.0nm； a b c d
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第十四章 原子吸收光谱 分析法
atomic absorption spectrometry,AAS
一、概述
generalization
二、基本原理
basic theory
三、原子荧光光度计
atomic fluorescence spectrometry
第五节 原子荧光光谱 分析法
atomic fluorescence spectrometry,AFE
I0 原子化火焰单位面积接受到的光源强度；A为受光照射在 检测器中观察到的有效面积；K0为峰值吸收系数；l 为吸收光 程；N为单位体积内的基态原子数；
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三、原子荧光光度计
1．仪器类型
单通道：每次分析一个元素； 多通道：每次可分析多个元素； 色散型：带分光系统； 非色散型：采用滤光器分离分析线和邻近线； 特点： 特点： 光 源 与检测器 成一定角 度；
第四节 操作条件选择与ndition and application
第五节 原子荧光光谱分析法
atomic fluorescence spectrometry,AFE 结束
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荧光猝灭： 荧光猝灭 受激发原子与其他原子碰撞，能量以热或其 他非荧光发射方式给出，产生非荧光去激发过程，使荧光减 弱或完全不发生的现象。 荧光猝灭程度与原子化气氛有关，氩气气氛中荧光猝灭 程度最小。如何恒量荧光猝灭程度？ 荧光量子效率： 荧光量子效率 Φ = Φ f / Φ a
Φ f 发射荧光的光量子数；Φ a吸收的光量子数之比；
（3）敏化荧光
受光激发的原子与另一种原子碰撞时，把激发能传递另 一个原子使其激发，后者发射荧光； 火焰原子化中观察不到敏化荧光； 非火焰原子化中可观察到。 所有类型中，共振荧光强度最大，最为有用。 所有类型中，共振荧光强度最大，最为有用。
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3.荧光猝灭与荧光量子效率 3.荧光猝灭与荧光量子效率
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一、概述
原子在辐射激发下发射的荧光强度来定量分析的方法； 1964年以后发展起来的分析方法；属发射光谱但所用仪器 与原子吸收仪器相近；
1.特点
(1) 检出限低、灵敏度高 检出限低、 Cd：10-12 g ·cm-3； Zn：10-11 g ·cm-3；20种元素优于 ： 种元素优于AAS ： 种元素优于 (2) 谱线简单、干扰小 谱线简单、 (3) 线性范围宽（可达 ～5个数量级） 线性范围宽（可达3～ 个数量级 个数量级） (4) 易实现多元素同时测定（产生的荧光向各个方向发射） 易实现多元素同时测定（产生的荧光向各个方向发射）
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a
b
c
d
anti-Stokes荧光： anti-Stokes荧光： 荧光
荧光波长小于激发线波长；先热激发再光照激发(或反 之)，再发射荧光直接返回基态；图(d) ； 铟原子：先热激发，再吸收光跃迁451.13nm；发射荧光 410.18nm， a 图(d)A、C ； b c d
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阶跃线荧光： 阶跃线荧光：
光照激发，非辐射方式释放部分能量后，再发射荧光返回 基态；荧光波长小于激发线波长（荧光能量间隔大于激发线能 量间隔）；非辐射方式释放能量：碰撞，放热； 光照激发，再热激发，返至高于基态的能级，发射荧光， 图(c)B、D ； Cr原子：吸收 线359.35nm；再 热激发，荧光发 射线357.87nm， 图(c)B、D
2.缺点 存在荧光淬灭效应、散射光干扰等问题；
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二、基本原理
1．原子荧光光谱的产生过程
过程： 过程： 当气态原子受到强特征辐射时，由基态跃迁到激 发态，约在10-8s后，再由激发态跃迁回到基态，辐射出与吸 收光波长相同或不同的荧光； 特点： 特点： （1）属光致发光；二次发光； ）属光致发光；二次发光； （2）激发光源停止后，荧光立即消失； ）激发光源停止后，荧光立即消失； （3）发射的荧光强度与照射的光强有关； ）发射的荧光强度与照射的光强有关； （4）不同元素的荧光波长不同； ）不同元素的荧光波长不同； （5）浓度很低时，强度与蒸气中该元素的密度成正比，定 ）浓度很低时， 强度与蒸气中该元素的密度成正比， 量依据(适用于微量或痕量分析 适用于微量或痕量分析)； 量依据 适用于微量或痕量分析 ；
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多道原子荧光仪
多个空心阴极灯同时照射，可同时分析多个元素
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2．主要部件
光源： 光源：高强度空心阴极灯、无极放电灯、可调频激光器； 可调频激光器：高光强、窄谱线； 原子化装置：与原子吸收法相同； 原子化装置： 色散系统：光栅、滤光器； 色散系统： 检测系统： 检测系统：
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2.原子荧光的产生类型 2.原子荧光的产生类型
三种类型：共振荧光、 三种类型：共振荧光、非共振荧光与敏化荧光 （1）共振荧光 共振荧光：气态原子吸收共振线被激发后，激发态原子 共振荧光 再发射出与共振线波长相同的荧光；见图A、C； 热共振荧光：若原子受热激发处于 热共振荧光 压稳态，再吸收辐射进一步激发，然 后再发射出相同波长的共振荧光；见 图B、D；