原子荧光讲义

氢化物（蒸气）发生-原子荧光讲义北京吉天仪器有限公司陈红军电话:8008102488010-6435042113501060643个人邮箱:titanchj@126.com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E2E1E02、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为长。

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

（1）根据比尔-朗伯定律：

I=I0[1-e–KLN]

（2）

I=I0[1-e–KLN]

（3）式中:：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：

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

（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2）、激发光源：HCLEDL

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、Ge8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

元素价态

As3+

Sb3+

Bi

3+

Se2+

、4+Te4+

Ge4+

Pb4+

Sn4+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）N+D原子荧光分析仪（可测Cr）AFS-8X原子荧光光度计间歇泵示意图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.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。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165nm~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。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。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℃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：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。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。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。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。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≤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。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。原子荧光仪器的特点决定了每台仪器的工作条件不是统一的。仪器工作条件的选择原则是：首先要初步判断样品中待测元素的大致含量，依你所使用的仪器的检测范围（即最高限和最低限），通过样品之称样量及定容体积来控制待测试溶液中待测元素的大致浓度范围；其次依待测元素的大致浓度范围来确定工作曲线的标准系列溶液的浓度；然后根据标准系列溶液的浓度范围设置仪器的各项参数，高浓度的标准系列要把仪器的各项参数（如灯电流、负高压等）降低，反之，则要提高。3氢化物发生-双道原子荧光光度计仪器的使用注意事项3.1仪器的开关机顺序：开机顺序为:打开计算机的电源开关，待计算机进入Win98(Me/2000/XP)并检测完毕后，再打仪器的主机电源开关，蠕动泵（顺序注射）的电源开关。等待仪器完全处于复位待机状态时，在执行操作软件。关机顺序为:退出操作软件,关仪器的主机电源,断续流动（顺序注射）的电源,微机电源.3.2光路的调节方法：打开主机电源后，灯室内灯应该点亮(注意Hg灯可能不亮，用电子脉冲枪激发或用海绵轻擦灯壳)。用调光器调光路，使灯发出的光斑落在原子化器的石英炉芯的中心线与透镜的水平中心线的交汇点上。（调整光斑的位置是靠调节灯架上的四个螺丝钉进行的）。

3.3更换元素灯

在关掉主机电源之后，先把元素灯放在灯架上，轻按下灯架上盖，旋转滑扣锁紧灯，再把元素灯的插头的凸出之处与灯插座的凹处相对，轻轻插入，即装上元素灯。换下元素灯时，要先关掉主机电源，再拔出插头，然后用手按住灯架上盖，旋转滑扣，慢慢放开上盖，把灯取下。严禁带电插拔灯3.4仪器的日常维护每次测试结束后要用纯净水清洗进样系统及反应器。清洗仪器表面，仪器周围不能放置酸碱等物品。元素灯不能长期放置不用，要隔半个月就上机使用一下。仪器也要至少每隔半月开机预热半小时。反应时液体及气泡不应喷出一级气液分离器的上部出口。原子化器的石英炉芯要经常清洗。3.5原子荧光分析中的注意事项3.5.1试剂的纯度及配制方法

水：建议使用18MΩ以上的纯净水。

酸：在盐酸、硝酸等酸中常含有杂质（砷、汞、铅等），因此实验中必须采用较高纯度的酸。在实验之前必须认真挑选，可将待使用的酸按标准空白的酸度在仪器上进行测试。挑选较低荧光强度值的酸，如果空白值过高，会影响工作曲线的线性，方法的检出限和测定的准确度。硼氢化钾：要求含量≥95%。硼氢化钾溶液中要含有一定量的氢氧化钾，是为了保证溶液的稳定性。建议氢氧化钾的浓度为0.2%～0.5%，过低的浓度不能有效防止硼氢化钾的分解，过高的浓度会影响氧化还原反应的总体酸度。配制后的硼氢化钾溶液应避免阳光照射，密闭保存，以免引起还原剂分解产生较多的气泡，影响测定精度。建议现用现配。

其它试剂：注意试剂中纯度，要考虑到试剂中被测元素的含量以及干扰元素的含量。3.5.2污染污染是影响氢化物原子荧光仪器测量准确性的重要因素，产生污染的原因、污染的种类很多，下面介绍几种主要的污染。容器污染：实验室所用容器如容量瓶、烧杯、比色管、移液管等由于曾经盛装过某种物质而未清洗干净造成沾污。还有洗净的器皿长时间放置而吸附了空气中的污染物。容易造成污染的元素有汞、砷、铅、锌等。解决办法：玻璃器皿要在1：1的硝酸溶液中浸泡12小时以上，使用前用自来水冲洗，再用纯净水冲洗5、6遍。沾污严重的器皿可考虑采用超声清洗、用氧化性强的溶剂、加温等手段清洗。不论是什么器皿，切记用前一定要再清洗。试剂污染：试剂由于使用、保存不当，造成外界的污染物进入试剂中。解决办法：用移液管吸取试剂前要把移液管清洗干净并保持干燥，盛放试剂的器皿要用完即刻密封好。盛放试剂的容器本身的材质应不含污染物或不易溶出污染物。

环境污染：室内空气、水源等被污染。由于样品、试剂存放不当或长期积累造成实验环境的污染。解决办法：平时注意实验室的通风，实验室的清洁，不存放易污染、挥发性强的物质。已经造成污染的可以请有关专家进行处理。建议在污染物未清理干净的情况下更换实验室房间。仪器使用中产生的污染：氢化物原子荧光仪器是用来进行痕量分析的仪器，如果进行了很高含量的样品的测试，势必会造成仪器的污染。如化妆品、化工产品、环境样品等，可能其中大量含有某种被测元素或干扰元素。解决办法：尽量事先排查样品，尽量在未上机测试前把样品稀释。如已发生污染，要停止测试，立即清洗反应系统的管道、原子化器等。4、测量误差产生的原因

4.1、样品处理的原因：样品在采样、储存过程存在问题。样品处理过程中由于方法不当造成测量元素的损失，导致回收率偏低。样品处理过程中由于环境和器皿污染，导致回收率偏高。样品处理过程中所用试剂含有较高的被测元素。样品空白处理不好。4.2、测量溶液的介质条件与标准溶液的介质条件不一致：由于介质不一样，氢化物的产生效率也就不一样。未知样品中干扰元素的存在，可能产生正干扰或负干扰，导致测量偏差。4.3、储备液保存不当使含量偏低、标准溶液配置有误、标准溶液受污染。4.4、工作曲线线性和截距不好

测量溶液中未知元素的浓度不在工作曲线的范围内；或测量溶液中未知元素的浓度虽在工作曲线的范围内，但标准系列的范围太大，曲线拟合后低（或高）浓度点的偏差较大，如果测量溶液中未知元素的浓度在低（或高）浓度点的附近，就很容易造成测量误差偏大。4.5、灯漂移：长时间工作由于灯会产生漂移，使空白和工作曲线发生变化，产生测量偏差。4.6、测量时稳定性差（见第5部分）

5、影响测量稳定性主要因素

测量不稳，有两种现象：漂移和波动5.1、漂移热漂移—电子元器件未达到热平衡、点火时间短原子化器温度未达平衡解决方案：点火预热15~20分钟灯漂移—灯（特别是汞灯）解决方案：用大电流空启动预热，用小电流实测泵管疲劳引起漂移—进样量逐渐减少解决方案：调节好泵的压力、更换新泵管

5.2、波动1）仪器波动大电路噪声大、灯波动大2）光路调节不好3）氢化反应系统4）氢化物的传输过程（堵塞、漏）5）气路系统（流量、漏）6)污染（管道、气液分离器、原子化器）6、测量无信号的原因6.1、仪器电路故障判断方法：在仪器条件窗口用鼠标双击显示灯能量处，用一反射杆在石英炉芯的上面反射，观察显示灯能量有无灯能量带变化，如下图，若有变化，说明仪器检测电路正常。否则，仪器电路不正常。6.2、反应系统管道堵、漏，水封无水、未进或进不足样品和还原剂，氢化物未进入原子化器.6.3、未形成氩氢火焰还原剂浓度、酸度不够，产生的氢气量太少，点火炉丝位置与石英炉芯的出口相距远.6.4、反应条件不正确6.5、光路调节不好7、双道同测技术7.1双道同时测量某两种元素的条件7.1.1仪器具备双通道同测的功能北京吉天仪器有限公司制造的原子荧光仪均为双道仪器，它采用集束脉冲供电、双道交替测量及信号采集的专利技术实现了两通道（可以是同元素也可以是不同元素）的同时测量。通道之间的干扰小于1%。1.2同测的两种元素具有相似的氢化反应条件，如酸度、还原剂浓度、同样的预还原剂、同样的氧化剂、同样的掩蔽剂等。1.3同测的两种元素之间基本不存在化学干扰（液相干扰）和气相干扰。1.4可以用统一的样品预处理方法。1.5目前的原子荧光仪器大多为非色散原子荧光，只要保证元素灯的纯度，就不会有光谱干扰。2双道同测的意义：一次处理样品，一次测量，得到两个元素的结果，可以提高工作效率，节约试剂,降低测试成本.3实际工作中可以双道同测的元素组合：理论上可以实现双道同测的元素有很多组合，但许多不具有应用价值，这里只介绍几组有用的。3.1砷和锑：反应条件一致，样品预处理方法一致，效果很好。3.2砷和硒：样品预处理方法一致，酸度以硒为准，还原剂浓度以硒为准，预还原剂-硫脲对硒的信号有一定的抑制。3.3砷和汞：反应条件一致，样品预处理方法基本一致，以满足测砷的条件为主，牺牲一些汞的灵敏度，效果好。锑和汞类似。3.4硒和汞：反应条件一致，样品预处理方法基本一致，以满足测硒的条件（还原剂和酸度）为主，牺牲一些汞的灵敏度，效果好。3.5铋和汞：同硒和汞3.5砷和汞同测的分析参数及注意事项3.5.1As、Hg混合标准使用液的配制移取Hg标准贮备液（ρHg=1.0mg/ml）10ml,用5%（V/V）HNO3—0.5%（m/V）K2Cr2O7固定液定容至100ml,此溶液浓度为ρHg=0.1mg/ml。分别移取As、Hg标准贮备液（ρAs=1.0mg/ml、ρHg=0.1mg/ml）各1ml,用5%（V/V）HNO3定容至100ml,此混合溶液浓度ρAs=10.0µg/ml、ρHg=1.0µg/ml，可贮备（最长不超过半年）。移取上述混合溶液（ρAs=10.0µg/ml、ρHg=1.0µg/ml）1ml，用去离子水定容至100ml，此溶液即为配制标准系列的使用液，浓度ρAs=0.1µg/ml、ρHg=0.01µg/ml，宜现用现配。3.5.2

砷和汞同测主要仪器条件的选择

双通道同时测定混合元素的仪器操作与单元素测定仅略微有所差异，即需同时安装待测元素空心阴极灯并调整好光路，软件参数设定同单元素测定，双道同时输入即可。

仪器条件之中只有灯电流是单独设定的，其它条件如负高压、原子化器高度、气流量等是共用的。所以在设定仪器条件时要根据样品中砷和汞的含量设定不同的灯电流,其它参数折中五形态分析分析化学的趋势是鉴别和定量实际的化学形态，而不仅仅是总元素的测定，其中一个原因就是同一元素的不同形态可能具有完全不同的化学和毒理性质，一个典型的例子就是砷元素。砷在自然界中以无机和有机的形式存在，无机砷化合物毒性极强，如砷酸盐(As(V))、亚砷酸盐(As(III))；有机砷化合物中一甲基砷化合物(MMA)和二甲基砷化合物(DMA)也有毒，但毒性低于无机砷化合物；而一般认为砷甜菜碱(AsB)和砷胆碱(AsC)无毒。目前测定砷的各个形态的分析方法主要是采用色谱分离原子光谱检测的方法.分离系统主要选择离子色谱、液相色谱、毛细管电泳检测系统主要选择电感耦合等离子质谱(ICP-MS)、氢化物发生原子吸收（HGAAS）、氢化物发生原子荧光（HGAFS）特点：ICP-MS可以简便地与离子色谱连接、并具有高的灵敏度，但ICP-MS的成本和使用费用高昂，难以在常规分析中推广；AAS对于As、Se等元素的检测灵敏度较低；而AFS对于As、Se等元素的检测具有较高的灵敏度，完全可以和ICP-MS媲美，检测限都能达到亚ppb级。并且HGAFS无论是仪器成本还是检测成本均远低于ICPMS，而且HGAFS仪器在我国的普及程度远高于ICPMS，只需增加一个简单的接口，就可以完成As的形态分析。所以当前最适合于我国实际情况的As形态分析仪器显然是离子色谱与原子荧光联用（IC-HGAFS）系统。As形态HGAFS检测方法

-色谱法利用各种As形态在液相色谱柱上保留能力的差异，以流动液将各种As形态依次洗脱，达到分离的效果。分离后的各种As形态经柱后处理，转化成能够HG的形态。处理后的As形态被HGAFS检测。色谱法的分类低压液相色谱法高压液相色谱法离子对色谱法离子交换色谱法低压液相色谱法Serife

Yalcin,X.ChrisLeTalanta1998,47:787-796S：样品；A：酸；B：KBH4；P：蠕动泵；I：0.2~0.5mL采样环C：强阴离子交换SPE柱；F：流量计；GLS：气