原子荧光光度计 概述和原理

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AF-610D联用技术原子荧光光谱仪。配置有高效 紫外光(UV)接口;联用技术色谱工作站(北京 瑞利分析仪器公司)。
LC-10Atvp高效液相色谱泵 (Shimadzu.Japan);
CLC-ODS柱:150×6 mm i.d,10μm填料 (Shim-pack,Japan)。
仪器工作条件以50%甲醇/水作流动相,含 10mMTBA和0.1M NaCI,流速为1.2mL/min, 进样体积20μL。
MC Y=3197X+392.6 100 0.09
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共振原子荧光
原子吸收辐射受激后再发射相同波长的辐 射,产生共振原子荧光。若原子经热激发 处于亚稳态,再吸收辐射进一步激原子荧 光光谱发,然后再发射相同波长的共振荧 光,此种共振原子荧光称为热助共振原子 荧光。如In451.13nm就是这类荧光的例子。 只有当基态是单一态,不存在中间能级, 没有其它类型的荧光同时从同一激发态产 生,才能产生共振原子荧光。
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工作曲线及检出限
根据不同形态的汞化合物其灵敏度不同, 在不同的线性范围内对无机汞和两种有机 汞化合物作了工作曲线。三种化合物均成 良好的线性关系(见表8),与高效液相色 谱紫外检测器联用相比,两种有机汞化合 物的灵敏度提高了1000倍。
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表8 汞化合物的校准曲线及其检出限
汞化合物 校准曲线 相关系数 线性范围(ng) 检出限 (ng)
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原子荧光光度计
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敏化原子荧光
激发原子通过碰撞将其激发能转移给另一 个原子使其激发,后者再以辐射方式去活 化而发射荧光,此种荧光称为敏化原子荧 光。火焰原子化器中的原子浓度很低,主 要以非辐射方式去活化,因此观察不到敏 化原子荧光。
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原子荧光光度计-优点
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
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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。
2、原子化器:原子荧光分析仪对原子化 器的要求与原子吸收光谱仪基本相同。
气态自由原子吸收特征波长辐射后,原子 的外层电子从基态或低能级跃迁到高能级 经过约10-8s,又跃迁至基态或低能级,同 时发射出与原激发波长相同或不同的辐射, 称为原子荧光。原子荧光分为共振荧光、 直跃荧光、阶跃荧光等。
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发射的荧光强度和原子化器中单位体积该 元素基态原子数成正比,式中:I f为荧光强 度;φ为荧光量子效率,表示单位时间内发 射荧光光子数与吸收激发光光子数的比值, 一般小于1;Io为激发光强度;A为荧光照 射在检测器上的有效面积;L为吸收光程长 度;ε为峰值摩尔吸光系数;N为单位体积 内的基态原子数。
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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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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,以避免激发光源对检测原子荧 光信号的影响。
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原子荧光光度计-产生及类型
当自由原子吸收了特征波长的辐射之后被 激发到较高能态,接着又以辐射形式去活 化,就可以观察到原子荧光。原子荧光可 分为三类:共振原子荧光、非共振原子荧 光与敏化原子荧光。
(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பைடு நூலகம்。
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原子荧光光度计-联用技术
离子色谱-蒸气发生/原子荧光及高效液相色谱-蒸 气发生/原子荧光联用技术应用于砷、汞元素形态 分析的新进展
国际上对食品和环境科学中有毒、有害有机污染 物高度重视,且在有机污染物的监测分析有了很 大发展。人们已越来越认识到砷、汞、硒、铅、 镉等元素不同化合物的形态其作用和毒性存在巨 大的差异。例如砷是一种有毒元素,其毒性与砷 的存在形态密切相关,不同形态的毒性相差甚远。
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原子荧光光谱分析法具有设备简单、灵敏 度高、光谱干扰少、工作曲线线性范围宽、 可以进行多元素测定等优点。在地质、冶 金、石油、生物医学、地球化学、材料和 环境科学等各个领域内获得了广泛的应用。
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原子荧光光度计-基本原理
原子荧光光度计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。
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蒸气发生/原子荧光光谱法(VG/AFS)最 大的优点是测定砷、汞、硒、铅和镉等元 素有较高的检测灵敏度,且选择性好,又 具有多元素检测能力的独特优势,而色谱 分离(离子色谱或高效液相色谱)对这些 元素是一种极为有效的手段。因此,两者 结合的联用技术具有无可比拟的最佳效果。
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色谱分离与原子荧光光谱仪联用可获得高 灵敏度优势外,原子荧光光谱仪采用非色 散光学系统,仪器结构简单,制造成本低, 仪器价格比AAS、ICP-AES、ICP-MS便宜。 且原子荧光已具备有蒸气发生系统的专用 仪器。因此,简化了仪器接口技术,以及 消耗气体量较少,分析成本低,易于推广。 我们研制成功离子色谱-蒸气发生/原子荧光 光谱(IC-VG/AFS)和高效液相色谱-蒸气 发生/原子荧光光谱(HPLC-VG/AFS)联 用技术应用于砷、汞、硒元素形态分析发 挥了重要作用。
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原子荧光光度计
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。
Cd、Zn等元素有相当低的检出限,Cd可达 0.001ng•cm-3、Zn为0.04ng•cm-3。现 已有20多种元素低于原子吸收光谱法的检 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。
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(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。
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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。
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原子荧光光度计-仪器构造
原子荧光分析仪分非色散型原子荧光分析仪 与散型原子荧光分析仪。这两类仪器的结构 基本相似,差别在于单色器部分。两类仪器 的光路图如下图所示:
原子荧光发射中,由于部分能量转变成热 能或其他形式能量,使荧光强度减少甚至 消失,该现象称为荧光猝灭。
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原子荧光光度计-分析方法
物质吸收电磁辐射后受到激发,受激原子 或分子以辐射去活化,再发射波长与激发 辐射波长相同或不同的辐射。当激发光源 停止辐照试样之后,再发射过程立即停止, 这种再发射的光称为荧光;若激发光源停 止辐照试样之后,再发射过程还延续一段 时间,这种再发射的光称为磷光。荧光和 磷光都是光致发光。
原子荧光光度计
介绍原子荧光 光度计的原理, 分析方法,检 测精度,以及 与其他仪器的 联用技术。
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原子荧光光度计-概述
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。
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非共振原子荧光
当激发原子的辐射波长与受激原子发射的 荧光波长不相同时,产生非共振原子荧光。 非共振原子荧光包括直跃线荧光、阶跃线 荧光与反斯托克斯荧光,
直跃线荧光是激发态原子直接跃迁到高于 基态的亚稳态时所发射的荧光,如 Pb405.78nm。只有基态是多重态时,才 能产生直跃线荧光。
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阶跃线荧光是激发态原子先以非辐射形式去 活化方式回到较低的激发态,再以辐射形式 去活化回到基态而发射的荧光;或者是原子 受辐射激发到中间能态,再经热激发到高能 态,然后通过辐射方式去活化回到低能态而 发射的荧光。前一种阶跃线荧光称为正常阶 跃线荧光,如Na589.6nm,后一种阶跃线 荧光称为热助阶跃线荧光,如Bi293.8nm。 反斯托克斯荧光是发射的荧光波长比激发辐 射的波长短,如In 410.18nm。
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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, 减少和除去杂散光。色散系统对分辨能力 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 光器用来分离分析线和邻近谱线,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,操作方便。缺点是散 射光的影响大。
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高强度Hg空心阴极灯的灯电流为40 mA;负高 压280V;氩气流速200 mL/min。四种汞化合物 无机汞(MC)、甲基汞(MMC)、乙基汞 (EMC)、苯基汞(PMC),在15min内实现 了很好分离,色谱分离如图10所示。
图10 高液液相色谱-原子荧光光谱联用技术三种Hg化合物的分离色谱图
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元素形态分析的主要手段是联用技术,即 将不同的元素形态分离系统与灵敏的检测 器结合为一体,实现样品中元素不同形态 的在线分离与测定。目前国外采用联用技 术主要的有高效液相色谱-电感耦合等离子 体质谱(HPLC-ICP-MS)[16,17]和离子色 谱-电感耦合等离子体质谱(IC-ICP-MS) [18]为主。
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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。
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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。
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无机砷包括三价砷和五价砷,具有强烈的 毒性,甲基砷如一甲基砷、二甲基砷的毒 性相对较弱。而广泛存在于水生生物体内 的砷甜菜碱(AsB)、砷胆碱(AsC)、砷 糖(AsS)和砷脂(AsL)等则被认为毒性 很低或是无毒;以及汞元素的化学形态间 甲基汞(MMC)、乙基汞(EMC)、苯基 汞(PMC)和无机汞(MC),甲基汞的毒 性要比无机汞的毒性大得多。因此,对某 些元素已不再是总量分析,而是进行各种 化合物的形态分析成为一种发展趋势。
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北京瑞利分析仪器公司与中国科学院生态 环境研究中心合作开发了高效液相色谱-蒸 气发生/原子荧光光谱(HPLC-VG/AFS) 联用分析技术系统装置(见图9)。
图9 原子荧光光谱仪与 高效液相色谱联用技术
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图8 离子色谱-原子荧光光谱联用技术 四种As化合物的分离色谱图
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仪器主要配置及测试条件
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