氢化物原子荧光分光光度计讲义

• 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：
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• 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
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
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
• 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。
• 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℃
（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
氢化物原子荧光分光光度计
北京吉天仪器有限公司
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
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
• 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。
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
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
• 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：
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.
• 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
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165 nm ~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。
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
As
•
Sb
•
Bi
•
Se
•
Te
•
Ge
•
Pb
•
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。
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
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。
• 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。
• 2）、激发光源：HCL（空心阴极灯） EDL（无极放电灯）
•
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、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
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
Sn
价态
3+ 3+ 3+ 2+ 、4+ 4+ 4+ 4+ 4+
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
• 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。
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）
AFS-8X原子荧光光度计间歇泵示意图
≤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。
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 长要长。
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 • 根据比尔-朗伯定律：
（1）
•
I=I0[1-e –KLN]
•
I=I0[1-e –KLN]
• 式中:
（2） （3）
• ：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
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。