第四章 原子荧光光谱法
仪器分析第四章AAS
1
e-K0L
= lgeK0L = 0.43K0L
⑧
将⑥式代入⑧式得：A=0.43KN0L=K’N0L
⑨
又N0≈N(原子蒸气相中基态原子数近似等 于总原子数)。 而在给定的实验条件下，被测元素的浓度c 与N成正比，即N =αc，并代入⑨式得： A=K’αLc 当实验条件一定时，K’ 、α和L均为常数， 因此上式可简化为：
锐线光源→原子化器→分光系统→检测系统
→处理显示系统 下面简要介绍各部分的功能及工作原理
一、光源
作用：是发射被测元素的特征共振辐 射。AAS中常用光源有空心阴极灯和 无极放电灯。 1.空心阴极灯的结构、工作原理及特点 （1）结构
阴极：钨棒作成圆 筒形，筒内熔入被 测元素 阳极：钨棒装有钛、 锆、钽金属作成的 阳极 管内充气：氩或氖 称载气，极间加压 300--500伏，要求稳 流电源供电。
（1）将试样溶液中待测元素原子化； （2）要有一个光强稳定，能够给出待测元 素原子特征的光辐射光源，使之通过待测 元素原子区域； （3）测量吸光度，计算待测元素的含量。 AAS是一种重要的成分分析法，可对70多种 元素进行定量分析，不用于定性分析。该 法具有灵敏度高、选择性好、准确度高、 操作简便、分析速度快等特点，在许多部 门得到广泛的应用。
★
4.2原子吸收光谱法基本原理
一、原子吸收光谱的产生 1.产生过程 当有辐射通过自由原子蒸气，且入射辐射 的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较 高能态（一般情况下都是第一激发态）所 需要的能量频率时，原子就要从辐射场中 吸收能量，产生共振吸收，电子由基态跃 迁到激发态，同时伴随着原子吸收光谱的 产生。
原子荧光光谱法
Fluorescence analysis
4.1 原子荧光光谱概述
❖ 原子荧光光谱分析(atomic fluorescence spectrometry, AFS)法是通过测定待测原子蒸气在辐射能激发下发 射的荧光强度来进行定量分析的方法。
❖ 从原理来看该方法属原子发射光谱范畴，发光机制 属光致发光，但所用仪器与原子吸收仪相近。
❖ 原子荧光分析中，样品先被转变为原子蒸气，原子 蒸气吸收一定波长的辐射而被激发，然后回到较低 激发态或基态时便发射出一定波长的辐射--原子荧 光。
❖ 把氢化物发生和原子荧光光谱法结合起来，我国科 学工作者研创了实用的氢化物--原子荧光光谱仪商 品仪器。此后，原子荧光分析迅速普及并发展成为
原子发射和吸收光谱法的有力补充。
4.2.4待测原子的浓度与荧光强度
原子荧光光谱强度由原子吸收与原子发射过程共同决定。当 光源强度稳定、辐射光平行及自吸可忽略时，发射荧光的强 度If正比于基态原子对特定频率光的吸收强度Ia。
在理想情况下：
If Ia
I f I0 A K0 L N
在实际工作中，仪器参数和实验测试条件保持不变，即
原子荧光光谱优点和局限性
❖ 原子荧光光谱分析法具有谱线简单、检出限低、可 同时进行多元素分析、可以用连续光源、校准曲线 的线性范围宽等优点。
❖ 原子荧光也存在一定的局限性：在较高浓度时会产 生自吸，导致非线性的校正曲线；在火焰样品池中 的反应和原子吸收的相似，也能引起化学干扰；存 在荧光猝灭效应及散射光的干扰等问题。
➢ 原子荧光是光致发光，属二次发光。当激发光源停 止辐射后，跃迁停止，荧光立即消失，不同元素的 荧光波长不同。
4.2.2 原子荧光光谱的类型
原子荧光光谱法
原子荧光光谱法原子荧光谱（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，它的基本原理就是：基态原子（一般蒸气状态）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。
一、原子荧光光谱法原理1．1原子荧光的类型以及荧光猝灭（1）共振荧光当原子受到波长为入A的光能照射时，处于基态E0（或处于E0邻近的亚稳态E1）的电子跃迁到激发态E2,被激发的原子由E2回到基态E0（或亚稳态E1）时，它就放出波长入F的荧光。
这一类荧光称为共振荧光。
（2）直跃线荧光荧光辐射一般发生在二个激发态之间，处于基态E0的电子被激发到E2能级，当电子回到E1能级时，放出直跃荧光。
（3）阶跃线荧光当处于激发态E2的电子在放出荧光之前，由于受激碰撞损失部分能量而至E1回到基态时，放出阶跃线荧光。
（4）热助阶跃线荧光原子通过吸收光辐射由基态E0激发至E2能级，由于受到热能的进一步激发，电子可能跃迁至E2相近的较高能级E3,当其E3跃迁至较低的能级E1（不是基态E0）时所发射的荧光称为热助阶跃荧光。
小于光源波长称为反stoke效应。
（5）热助反stokes荧光（略）某一元素的荧光光谱可包括具有不同波长的数条谱线。
一般来说，共振线是最灵敏的谱线。
处于激发态的原子寿命是十分短暂的。
当它从高能级阶跃到低能级时原子将发出荧光。
M*TM+hr除上述以外，处于激发态的原子也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。
在这种情况下，荧光将减弱或完全不产生，这种现象称为荧光的猝灭。
荧光猝灭有下列几类型：1）与自由原子碰撞M*+X=M+XM*T激发原子X、MT中性原子2）与分子碰撞M*+AB=M+AB这是形成荧光猝灭的主要原因。
AB可能是火焰的燃烧产物；3）与电子碰撞M*+e-=M+E-此反应主要发生在离子焰中4）与自由原子碰撞后，形成不同激发态M*+A=M x+AM*、M x为原子M的不同激发态5）与分子碰撞后，形成不同的激发态M*+AB=M x+AB6）化学猝灭反应M*+AB=M+A+BA、B为火焰中存在的分子或稳定的游离基2．荧光强度与分析物浓度间关系原子荧光强度I f与试样浓度C以及激发态光源的辐射强度I0存在以下函数关系I f二①I根据比尔一朗伯定律厅叫口•e-KLN]式中：①-原子荧光量子效率I-被吸收的光强I0-光源辐射强度K一峰值吸收系数L一吸收光程N一单位长度内基态原子数按泰勒级数展开，当N很小，则原子荧光强度I f表达式可简化为：I f二①I0KIN当所有实验条件固定时，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，I f与试样浓度C成正比，即I=aC f上式线性关系，只在浓度低时成立。
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
原子荧光光谱法的原理
原子荧光光谱法原理原子荧光光谱法（AFS）是一种用于测定痕量元素的方法，其原理基于原子在特定波长的辐射激发下产生的荧光发射。
这种方法具有高灵敏度、高精度和低检测限的优点，因此在环境监测、食品分析、地质学等领域得到广泛应用。
以下是原子荧光光谱法的原理的详细介绍：1. 原子荧光的产生原子荧光产生的过程可以分为两个主要阶段：激发和发射。
在激发阶段，原子吸收特定波长的辐射（通常是紫外光或可见光），使电子从基态跃迁至激发态。
这些激发态的原子不稳定，经过一段时间后会回到基态。
在返回过程中，会释放出光子，形成荧光。
每种元素都有其独特的荧光发射波长，这使得可以通过测量荧光波长来确定元素的种类。
2. 荧光信号的检测荧光信号的检测是原子荧光光谱法的核心步骤。
当原子发射出的荧光通过特定波长的滤光片后，可以将其聚焦到光电倍增管（PMT）上。
光电倍增管能够将光信号转化为电信号，进一步放大后传输到数据采集系统。
通过测量电信号的强度，可以推算出原子的荧光发射率，从而确定元素的浓度。
3. 校准和定量分析为了准确测定元素的浓度，需要进行校准和定量分析。
在校准过程中，使用已知浓度的标准溶液对仪器进行校准，建立荧光信号与元素浓度的关系。
通过这种方法，可以确定仪器对目标元素的响应因子。
在定量分析中，将未知浓度的样品通过仪器进行分析，根据已知的响应因子计算出元素的浓度。
总之，原子荧光光谱法通过测量原子在特定波长辐射激发下产生的荧光发射，实现了对痕量元素的测定。
该方法具有高灵敏度、高精度和低检测限的优点，可广泛应用于各种领域中的元素分析。
通过校准和定量分析，能够准确地测定元素的浓度，为相关研究和应用提供可靠的数据支持。
原子荧光光谱法的基本原理
原子荧光光谱法的基本原理1.激发：在原子荧光光谱法中，样品首先通过电热或激光等方法被激发到高能级。
2.脱激：激发态的原子由于能级不稳定会迅速退回到稳定的低能级上。
在这个过程中，原子释放出能量。
3.荧光：退回过程中释放出的能量转化为荧光，即在可见或紫外光谱范围内的辐射。
4.探测：激发和荧光辐射的波长可以通过荧光光谱仪测量和记录下来。
1.光源：原子荧光光谱法使用与样品中元素特征光谱线匹配的激发光源。
激发光源可以是电热元件、激光或灯泡等。
2.样品制备：样品可为固态、液态或气态，根据样品的物理性质采用相应的样品制备方法，如固态样品需研磨成细粉末。
3.激发：将制备好的样品与激发光源接触，使样品中的元素被激发到高能级。
4.脱激：激发的原子通过自发脱激等机制退回到稳定的低能级，并释放出能量。
5.荧光辐射：退回过程中释放出的能量转化为荧光辐射，其波长位于可见或紫外范围内。
6.光谱检测：荧光辐射经过荧光分光仪后，可通过单光子计数器测量并记录下来。
7.数据处理：通过比较测得的荧光光谱与标准样品的光谱，可以确定样品中各元素的存在和含量。
1. 高灵敏度：原子荧光光谱法对大多数元素具有较高的灵敏度，可以检测到低至ppb甚至ppt级别的微量元素。
2.高选择性：原子荧光光谱法可以选择性地测量元素的荧光辐射，不受样品基质的影响，适用于复杂基质的分析。
3.宽线性范围：原子荧光光谱法在不同元素的不同浓度范围内都有较好的线性关系。
可以在宽范围内测量元素的含量。
4.快速分析：原子荧光光谱法测量速度快，可实现快速和高通量的分析。
5.多元素分析：原子荧光光谱法可以同时测量多个元素的含量，高效和经济。
虽然原子荧光光谱法具有许多优点，但也存在一些限制，如仅能测量低至ppb级别的元素含量，并且对氢、氧等低原子序数元素的检测灵敏度较低。
总之，原子荧光光谱法是一种非常有用的分析技术，广泛应用于环境、化学、生物等领域中，可用于元素的定性和定量分析。
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。
原子荧光光谱法(afs)
原子荧光光谱法(afs)这一周我们继续推送各种分析方法的干货知识，今天推送的是有关原子荧光光谱的内容。
按照惯例，我们先来看看纲要——一概述二基本原理三仪器结构四应用情况下面，让我们开始今天的学习吧！一概述原子荧光光谱法（AFS）是一种痕量分析技术，是原子光谱法中的一个重要分支。
是介于原子发射光谱法(AES)和原子吸收光谱法(AAS)之间的光谱分析技术，所用仪器及操作技术与原子吸收光谱法相近。
（一）AFS的发展历程•1859年开始原子荧光理论的研究•1902年首次观察到钠的原子荧光•1962年提出将原子荧光用于化学分析•1964年得出原子荧光的基本方程式•1964年对Zn、Cd、Hg进行了原子荧光法的分析•1974年首次将氢化物进样技术和无色散原子荧光光谱技术相结合，开创了氢化物发生—无色散原子荧光光谱分析技术（HG-AFS）（二）AFS在我国的发展•1975年杜文虎等介绍了原子荧光法，次年研制了冷原子荧光测汞仪；•20世纪70年代末，郭小伟等研制成功研制了溴化物无极放电灯，为原子荧光分析技术的进一步深入研究和发展奠定了基础；•1983年郭小伟等研制了双通道原子荧光光谱仪，后将技术转让给北京地质仪器厂，即现在的海光仪器公司，开创了领先世界水平的有我国自主知识产权分析仪器的先河。
在此后的20多年中，郭小伟等在开发原子荧光分析方法仪器的设计研制，尤其在氢化物发生原子荧光分析方面做了大量卓有成效的工作，使我国在HG-AFS技术领域处于国际领先地位。
（三）我国在AFS的主要突破•用溴化物无极放电灯代替碘化物无极放电灯，成功地解决了铋的光谱干扰问题；•利用氢化物发生所产生的氢气使之在电热石英炉口形成氢氩小火焰作为原子化器，从而使整个装置简单实用；•将高强度脉冲供电空心阴极灯成功地用于作AFS光源，解决了无极放电灯制作工艺不完善和调谐困难等对使用带来的不便；•将流动注射（FIA）技术、断续流动注射技术与AFS联用开创了FIA-AFS全自动分析，并研制开发出全自动原子荧光光谱仪。
仪器分析第04章 原子吸收(荧光)光谱
N
1 2 k
（K 为激发态寿命或电子在高能 级上停留的时间，10-7-10-8 s）
原子在基态和激发态的寿命是有限的。电子在基态停留的时间长， 在激发态则很短。由海森堡测不准（Heisenberg Uncertainty principle） 原理，这种情况将导致激发态能量具有不确定的量，该不确定量使谱线 具有一定的宽度N (10-5nm)，即自然宽度。 该宽度比光谱仪本身产生的宽度要小得多，只有极高分辨率的仪器 才能测出，故可勿略不计。
K d
e 2
mc
N0 f
式中，e为电子电荷；m为电子质量；f为振子强度，它是受到激发的每个原 子的平均电子数，与吸收几率成正比。
此式说明，在一定条件下，“积分吸收”只与基态原子数N0成正比 而与频率及产生吸收线的轮廓无关。只要测得积分吸收值，即可求出基 态原子数或浓度。因此 AAS 法是一种不需要标准比较的绝对分析方法。 积分吸收就是将原子吸收线轮廓所包含的吸收系数进行积分（即吸 收曲线下的总面积）。
因此，尽管原子吸收现象早在18世纪就被发现，但一直未用 于分析。直到1955年，Alan Walsh 提出以“峰值吸收”来代替“ 积分吸收”。从此，积分吸收难于测量的困难得以“间接”地解 决。
25
2. 峰值吸收 1955年，Walsh 指出，在温度不太高时，当发射线和吸收线满足以 下两个条件，即: 带宽 e a ; e a 中心波长一致 当e a时，发射线很窄，发射线的轮廓可认为是一个矩形，则 在发射线的范围内各波长的吸收系数近似相等，即K＝K0（K ，积分吸 收系数；K0 ，峰值吸收系数），因此可以“峰值吸收”代替“积分吸收 ”:
同样频率的光辐射，其对应的谱线称为共振发射线。
第四章 原子吸收光谱法与原子荧光光谱法
第四章原子吸收光谱法与原子荧光光谱法4-1 . Mg原子的核外层电子31S0→31P1跃迁时吸收共振线的波长为285.21nm,计算在2500K 时其激发态和基态原子数之比.解:Mg原子的电子跃迁由31S0→31P1 ,则g i／g0=3跃迁时共振吸收波长λ=285.21nmΔEi=h×c／λ=（6.63×10-34）×（3×108）÷（285.31×10-9）=6.97×10-19J激发态和基态原子数之比：Ni／N0＝（g i／g0）×e-ΔEi／kT其中:g i／g0=3ΔEi／kT=-6.97×10-19÷〔1.38×10-23×2500〕代入上式得：Ni／N0＝5.0×10-94-2 .子吸收分光光度计单色器的倒线色散率为1.6nm／mm，欲测定Si251.61nm的吸收值，为了消除多重线Si251.43nm和Si251.92nm的干扰，应采取什么措施？答：因为: S1 =W1/D= (251.61-251.43)/1.6= 0.11mmS2 =W2/D=（251.92-251.61）/1.6=0.19mmS1＜S2所以应采用0.11mm的狭缝.4-3 .原子吸收光谱产生原理，并比较与原子发射光谱有何不同。
答：原子吸收光谱的产生：处于基态原子核外层电子，如果外界所提供特定能量（E）的光辐射恰好等于核外层电子基态与某一激发态（i）之间的能量差（ΔEi）时，核外层电子将吸收特征能量的光辐射有基态跃迁到相应激发态，从而产生原子吸收光谱。
原子吸收光谱与原子发射光谱的不同在于：原子吸收光谱是处于基态原子核外层电子吸收特定的能量，而原子发射光谱是基态原子通过电、热或光致激光等激光光源作用获得能量；原子吸收光谱是电子从基态跃迁至激发态时所吸收的谱线，而原子发射光谱是电子从基态激发到激发态，再由激发态向基态跃迁所发射的谱线。
第4章 原子吸收与原子荧光光谱法
原子吸收光谱法
四、原子吸收光谱法的特点
2、 缺 点
对难熔元素如W、Nb、Ta、Zr、Hf、稀土 及大部分非金属元素的测定结果不好 难以用于多元素的同时测定
§4-2 原子吸收分光光度计
火焰原子吸收
石墨炉原子吸收
瓦里安Varian AA Duo 系列原子吸 收光谱仪
§4-2 原子吸收分光光度计
原子吸收分光光度计
精密度好、准确度高
火焰光度计的相对标准偏差（RSD）< 3％; 石墨炉原子化光度计的相对标准偏差（RSD） < 5％
选择性好、干扰少，分析速度块；仪器简单价廉 应用范围广
可测70多种元素，既可测主量元素，又可测微量、痕量和超痕 量元素；既可测金属，还可间接测少量非金属元素如S、P、N 等；既可测固体样品，也可测液体与气体样品
试样
增管
原子吸收光谱仪 的基本结构
锐线 光源
原子 化器
单 色器
检 测 器
空心阴极灯 火焰 电热
光栅 光电倍增管
数据 处理 与 输出 计算机
原子吸收分光光度计
一、原子吸收光谱仪中的光源
1、AAS对光源的要求
(1)辐射待测元素共振谱线 (2) 锐线光源 光源的能量能被原子充分吸收，测定的灵敏度较高 在锐线光源半宽度范围内，可认为原子的吸收系数为 常数，并等于中心波长处的吸收系数。 使用锐线光源时，吸光度与峰值吸收(K0)有如下关系： A=lgI0/I=0.4343K0L （A为中心频率处的吸光度；L为原子蒸气的厚度) (3) 强度大、稳定性好、背景小，噪音低
一、原子吸收光谱仪中的光源 ——空心阴极灯
（1）空心阴极灯的结构
（由钨钛或 锆棒构成）
原子吸收分光光度计
环境仪器分析(张宝贵) 第4章 原子荧光光谱法
4.2 氢化物发生体系
共价氢化物的生成,归纳起来,有三种还原体系
金属---酸还原体系 硼氢化钾（钠）---酸还原体系 电解法还原体系
三种还原体系
反应原理 金属体系：
Zn + 2HCl
+
Em +
ZnCl2 + 2H*
EHn + H2
Em 表示发生还原反应的正离子 H* 表示初生态
硼氢化钾（钠）---还原体系
原子荧光方法中，最主要，最有应用价值的是
氢化物原子荧光法，它具有检出限低，仪器便 宜，该方法最适宜测定的元素如As，Pb，Hg， Ca，Se等，恰恰是环保，临床医药，半导体 工业最常测定的元素。因此，原子荧光是重要 的无机痕量分析方法之一。
原子发射、吸收和荧光光谱
（1）发射与吸收光谱--线状光谱
NaBH4 + 3H2O + HCl 8H*
Em
+
H3BO3 + NaCl + 8H*
EHn + H2
优缺点比较
金属---酸
还原能力差、少数元素能 生成 EHn,AsH3, SnH2,SeH2 还原能力强，已知有10种 元素可生成共价氢化物： As,Sb,Bi,Pb,Se,Te,Ge,Sn, Zn,Cd
大气及大气颗粒物
原子荧光光谱法用于测定大气及颗粒物中某些元
素的测定，为了解大气的污染情况提供信息。用 双道原子荧光光度计测定空气中的铅、硒的含量， 检出限分别达到1 µg/L和4.72×10-5 mg/m3。用 冷原子荧光光谱法测定大气中痕量气态总汞、汞 矿区冶炼车间空气中的二价汞、垃圾卫生填埋场 排气筒中的气态总汞及排气筒中单甲基汞和二甲 基汞的含量。经消解后，采用原子荧光光谱法可 对大气颗粒物中铅、汞、砷和锑等重金属元素的 分布进行分析。
原子荧光光谱法的基本原理
原子荧光光谱法的基本原理
该方法的基本原理如下：
1.荧光发射：当原子受到能量激发时，其外层电子会向更高能级跃迁。
在跃迁回基态的过程中，会释放出能量并发射光子，即发出荧光。
荧光的
能量与原子的能级差相关，不同的元素有不同的能级差，因此它们发出的
荧光具有特定的波长和能量。
2.荧光激发：为了使原子发出荧光，需要将其能级激发到较高的能态。
一种常用的方法是使用光源来照射待测物质，光源的能量可以与物质中的
电子能级相匹配。
当光源照射到物质中时，一部分光子能量会被物质吸收，使得物质中的电子跃迁到激发态。
3.能级跃迁：激发态的原子在短暂的时间内会停留在激发态，然后通
过辐射跃迁、非辐射跃迁或共振能量传递的方式回到基态。
这过程中发出
的荧光具有特定的波长和能量。
4.荧光检测：荧光的波长和强度可以通过光谱仪来测量。
光谱仪通常
包括一个入射光源、一个分光装置和一个荧光检测器。
它的工作原理是将
不同波长的荧光光子分离并检测。
通过测量荧光的波长和强度，可以确定
物质中的元素种类和含量。
1. 灵敏度高：原子荧光光谱法可以检测到微量的元素，灵敏度比其
他分析方法高，可以达到ppb（十亿分之一）至ppt（万亿分之一）级别。
2.特异性强：每种元素所发射的荧光光谱具有特定的波长和能量，因
此可以对物质中的不同元素进行准确的定性和定量分析。
3.成分宽泛：原子荧光光谱法适用于多种不同的样品类型，包括液体、固体和气体。
4.分析速度快：原子荧光光谱法对样品处理的要求较低，操作简便，
分析速度相对较快。
原子荧光光谱法定量
原子荧光光谱法定量
原子荧光光谱法（Atomic Fluorescence Spectroscopy，AFS）是一种用于定量分析的光谱技术，通常用于检测和测定液体样品中的金属元素。
下面是使用原子荧光光谱法进行定量分析的一般步骤：
1.样品制备：收集待测样品，必要时对样品进行前处理，以确保
合适的样品状态和浓度范围。
2.原子化：将样品中的金属元素原子化。
这通常通过火焰、电感
耦合等离子体（ICP）、石墨炉等手段来实现。
原子化的目的是将金属元素从其化合物中转化为自由的原子态。
3.激发和发射：通过使用激发源（通常是辐射源，如光源或激光）
激发原子的电子，导致金属原子发射荧光辐射。
每个金属元素都有独特的光谱线，这些光谱线可以用于唯一地识别和测定该元素。
4.分析光谱：通过使用荧光光谱仪测量发射的荧光光谱。
光谱中
的荧光峰的强度与样品中金属元素的浓度成正比。
5.制备标准曲线：使用一系列已知浓度的金属元素标准溶液，绘
制标准曲线。
这将用于将光谱信号转换为元素浓度。
6.定量分析：将样品中的光谱信号与标准曲线进行比较，从而确
定样品中金属元素的浓度。
7.质量控制：进行质量控制，确保分析的准确性和可靠性。
这包
括使用质控样品、重复分析等。
原子荧光光谱法的优势在于其高灵敏度、选择性和多元素分析能
力。
然而，需要注意的是，对于不同元素，可能需要调整光谱测量条件，并考虑矩阵效应等因素。
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1. 共振荧光 发射与吸收线波 长相同的荧光
E2 A F E1 E1 A E0 起源于基态的 直跃线荧光 E3 F F E2 F A
2. 非共振荧光 荧光的波长与激发光不同时
E3 E2 A E1 F E0 正常的 阶跃线荧光 热助 阶跃线荧光 A F
E3 E2 F A F E1 E0 起源于亚稳态 阶跃激发荧光 起源基态 阶跃激发荧光 A
第四章 原子荧光光谱法(2)
Atomic Fluorescence Spectrometry AFS
4-7-1 原子荧光光谱法基本原理 一.原子荧光光谱的产生 原子荧光光谱法是1964年以后发展起来的分析方法。 气态和基态原子核外电子吸收了特征频率的光辐射后， 原子外层电子跃迁至第一激发态或者较高的激发态，然后返 回到基态或较低的能态，时发射出与原激发波长相同或不 同的辐射即为原子荧光。AFS本质上仍是发射光谱，所用仪 器与原子吸收光谱法相近。
E0
起源于基态的 共振荧光 热助 共振荧光
起源于亚稳态的 直跃线荧光
五.荧光强度
I f I a
If荧光强度，为荧光量子效率， Ia吸收光的强度。
I f I 0 K 0b
If Kc
定量分 析依据
4-7-2. 原子荧光分光光度计
原子荧光分光光度计分为两类，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，避免 激发光源发射的辐射对原子荧光检测信号的影响。 激发光源：空心阴极灯或 氙弧灯 滤光片 非色散型 色散系统：色散型-光栅
原子荧光为光致发光，二次发光，激发光源停止时，再 发射过程立即停止。 完全具有自主知识产权的分析仪器产业。
原子荧光光谱法的优点：
（1）有较低的检出限，灵敏度高。特别对Cd、Zn等元素 有 相 当 低 的 检 出 限 ， Cd 可 达 0.001ng· -1 、 Zn 为 mL 0.04ng· -1。现已有20多种元素低于原子吸收光谱法的 mL 检出限。由于原子荧光的辐射强度与激发光源成比例， 采用新的高强度光源可进一步降低其检出限。 （2）干扰较少，谱线比较简单，采用一些装置，可以制成 非色散原子荧光分析仪。这种仪器结构简单，价格便宜。 （3）分析校准曲线线性范围宽，可达3～5个数量级。 （4）由于原子荧光是向空间各个方向发射的，比较容易制 作多道仪器，因而能实现多元素同时测定。
三. 荧光猝灭 受激原子和其他粒子碰撞，把一部分能量变成热运 动与其他形式的能量，因而发生无辐射的去激发过程: A* + B = A + B + H 可用氩气来稀释火焰，减小猝灭现象。
四. 荧光量子产率 荧光猝灭的程度可用荧光量子产率来表示:
f 1 a
单位时间内发射的荧光光子数 单位时间内吸收激发光的光子数
试样溶液 反应剂
蠕 动 泵
混 合 反 应 器
废液
载气 氢化物气体 水蒸气
气 液 分 离 器
废液
氢化物发生器示意图
二.原子荧光的发光类型
1. 共振荧光 发射与吸收线波长 相同的荧光
E2 E3
F E2 E1 E1 E0 E1 A E0 E1 E0
2. 非共振荧光 荧光的波长与激发光不同时
E3 E2 A F
E3 E2 F
F
A F
E0
直跃线荧光
阶跃荧光
热助荧光
Stores荧光: 发射光辐射频率比吸收光辐射的频率低。 直跃线荧光 阶跃荧光 热助荧光 Anti-stores荧光：发射光辐射频率比吸收光辐射的频率高。 热助荧光 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。 A* + B = A + B *→ A + B +h
非色散型-滤光片
检测系统：光电倍增菅 原子化器：氩稀释的火焰
色散型
氢化物发生系统：电热、火 焰加热
1. 光源：可用锐线光源（HCL、高强度HCL及无极放电灯
）或连续光源（氙弧灯）；激光和ICP是最好的光源； 2. 原子化器：与原子吸收光度计相同。但所用的火焰与 AAS的不同，主要是因为在通常的AAS火焰中，荧光猝灭 严重，必须用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。 3. 分光系统：非色散型用滤光器（因荧光光谱简单）；色散 型荧光仪用光栅； 4. 检测器：色散型荧光仪用光电倍增管；非色散型用日盲光 电管 （ Solar blind photomultiplier ） (Cs-Te材料；160— 320 nm) 光源与检测器成900C：防止激发光源发射的辐射对原子 荧光信号测定的影响。
4-7-3. 氢化物发生法
1. 氢化物发生法 As，Bi，Ge，Pb，Sb，Se，Sn，Te。 常温下氢化物为气态。 硼氢化钠（钾）—酸还原体系； 金属—酸还原体系； 碱性模式还原体系； 电解还原法。 2. 氢化物发生器 一般包括进样系统、混合反应器、气液分离器和载气系统。
载气
I0
原子化器
It If