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原子熒光光譜法是以原子在輻射能激發(fā)下發(fā)射的熒光強(qiáng)度進(jìn)行定量分析的發(fā)射光譜分析法。根據(jù)熒光產(chǎn)生機(jī)理的不同,原子熒光的類型達(dá)到十余種,但在實(shí)際分析中主要有:
共振熒光
處于基態(tài)或低能態(tài)的原子, 吸收光源中的共振輻射躍遷到高能態(tài), 處于高能態(tài)的原子在返回基態(tài)或相同低能態(tài)的過程中, 發(fā)射出與激發(fā)光源輻射相同波長的熒光,這種熒光稱為共振熒光。
直躍線熒光
當(dāng)處于基態(tài)的價(jià)電子受激躍遷至高能態(tài)(E2),處于高能態(tài)的激發(fā)態(tài)電子在躍遷到低能態(tài)(E1)(但不是基態(tài))所發(fā)射出的熒光被稱為直躍線。
階躍線熒光
當(dāng)價(jià)電子從基態(tài)躍遷至高能態(tài)(E2)后, 由于受激碰撞損失部分能量而降至較低的能態(tài)(E1)。從較低能態(tài)(E1)回到基態(tài)(E0)時(shí)所發(fā)出的熒光稱為階躍線熒光。
熱助階躍線熒光
基態(tài)原子通過吸收光輻射躍遷至高能態(tài)(E2), 處于高能態(tài)的價(jià)電子在熱能的作用下進(jìn)一步激發(fā), 電子躍遷至與能級E2相近的更高能態(tài)E3。當(dāng)去激發(fā)至低能態(tài)(E1)(不是基態(tài))時(shí)所發(fā)出的次級光被稱為熱助階躍線熒光.
敏化熒光
當(dāng)受激的第yi種原子與第二種原子發(fā)生非彈性碰撞時(shí), 可能把能量傳給第二種原子, 從而使第二個(gè)原子被激發(fā), 受激的第二種原子去激發(fā)過程中所產(chǎn)生的熒光叫敏化熒光.
原子吸收和原子熒光結(jié)構(gòu)類似,也可以分成四部分:激發(fā)光源、原子化器、光學(xué)系統(tǒng)和檢測器。
1、激發(fā)光源:
可用連續(xù)光源或銳線光源。常用的連續(xù)光源是氙弧燈,常用的銳線光源是高強(qiáng)度空心陰極燈、無極放電燈、激光等。連續(xù)光源穩(wěn)定,操作簡便,壽命長,能用于多元素同時(shí)分析,但檢出限較差。銳線光源輻射強(qiáng)度高,穩(wěn)定,可得到更好的檢出限。
空心陰極燈-工作原理
空心陰極燈是一種特殊的低壓放電現(xiàn)象,在陰陽兩極之間加以300~500V的電壓,這樣兩極之間形成一個(gè)電場,電子在電場中運(yùn)動,并與周圍充入的惰性氣體分子發(fā)生碰撞, 使這些惰性氣體電離。氣體中的正離子高速移向陰極,陰極在高速離子碰撞的過程中濺射出陰極元素的基態(tài)原子,這些基態(tài)原子與周圍的的離子發(fā)生碰撞被激發(fā)到激發(fā)態(tài),這些被激發(fā)的高能態(tài)原子在返回基態(tài)的過程中會發(fā)射出該元素的特征譜線 .
空心陰極燈–特點(diǎn)
• 燈結(jié)構(gòu)簡單、空心陰極燈制作工藝成熟;
• 工作性能穩(wěn)定 ,壽命一般可以大于3000mA•h ,發(fā)光穩(wěn)定性1小時(shí)漂移在±2%以內(nèi) 發(fā)射強(qiáng)度基本可以滿足常規(guī)分析要求;
• 對儀器的光源部分的電源無特別要求,也不需要其他輔助設(shè)施;
• 價(jià)格便宜.
HCL作為原子熒光的激發(fā)光源也有其美中不足的地方,主要是輻射能量偏低,限制了原子熒光分析檢出下限的進(jìn)一步降低 .
空心陰極燈的維護(hù)
選取適當(dāng)大小的燈電流;
低熔點(diǎn)元素的燈在使用過程中不能有較大的震動,使用完畢后必須待燈管冷卻后才能取下,以防陰極填充物被倒出或空心陰極變形;
激活處理.如果燈不經(jīng)常使用,則每隔一定時(shí)間在額定工作電流下點(diǎn)燃30min;
注意不要沾污發(fā)射線出射窗口,也不要有手指直接觸摸出射窗口;
2、原子化器:
原子熒光分析儀對原子化器的要求與原子吸收光譜儀基本相同。但所用的火焰與AAS的不同,主是因?yàn)樵谕ǔ5腁AS火焰中,熒光猝滅嚴(yán)重,必須用Ar稀釋的火焰。當(dāng)用氫化物發(fā)生法時(shí),直接使用Ar氣氛下的石英加熱方法進(jìn)行原子化。
原子化器性能主要考慮的因素
原子化效率高。
低的輻射背景和背景閃爍。
原子熒光猝滅效應(yīng)低。
被測元素的原子在光路中有較長的停留時(shí)間。
原子化效率穩(wěn)定,記憶效應(yīng)小,操作簡單
使用成本低。
原子化器的主要類型
火焰原子化器
電熱原子化器
電感耦合等離子體
石英管原子化器
微波等離子體
輝光放電等離子體
石英爐原子化器是一種適合于低溫火焰的簡單原子化器. 主要特點(diǎn):
結(jié)構(gòu)簡單;
抗腐蝕能力強(qiáng);
記憶效應(yīng)小;
使用壽命長;
制作加工方便廉價(jià)等特點(diǎn).
爐芯結(jié)構(gòu)
內(nèi)氣----氫化物蒸汽、氬氣、氫氣
外氣----氬氣,作用如下:
(1)防止氫化物被氧化,提高原子化效率
(2)防止熒光猝滅
(3)保持原子化環(huán)境的相對穩(wěn)定
在更換或清洗爐芯時(shí)要注意不要打碎,另外氣管不要接錯(cuò),載氣接內(nèi)管。爐絲要盡量和外管平齊
3、光學(xué)系統(tǒng):
光學(xué)系統(tǒng)的作用是充分利用激發(fā)光源的能量和接收有用的熒光信號,減少和除去雜散光。色散系統(tǒng)對分辨能力要求不高,但要求有較大的集光本領(lǐng),常用的色散元件是光柵。非色散型儀器的濾光器用來分離分析線和鄰近譜線,降低背景。非色散型儀器的優(yōu)點(diǎn)是照明立體角大,光譜通帶寬,集光本領(lǐng)大,熒光信號強(qiáng)度大,儀器結(jié)構(gòu)簡單,操作方便。缺點(diǎn)是散射光的影響大。
4、檢測器:
常用的是光電倍增管,在多元素原子熒光分析儀中,也用光導(dǎo)攝象管、析象管做檢測器。檢測器與激發(fā)光束成直 角配置,以避免激發(fā)光源對檢測原子熒光信號的影響。
用于光信號的檢測,主要類型有:
光電池
二極管陣列
光電倍增管
固態(tài)檢測器
A: 電荷耦合檢測器(CCD)
B: 電荷注入檢測器 (CID)
日盲光電倍增管
光陰極材料—Cs-Te;
波長范圍:160~320nm;
靈敏響應(yīng)波長:254nm;
窗體材料:石英。
原子熒光的5種進(jìn)樣方式:
*連續(xù)流動法:樣品及還原劑均以不同的速度在管子中流動并在混合器中混合,產(chǎn)生氫化物。
優(yōu)點(diǎn):提供的信號是連續(xù)信號 缺點(diǎn):嚴(yán)重浪費(fèi)樣品和還原劑
*流動注射法:與連續(xù)流動法類似,樣品是通過采樣閥進(jìn)行“采樣”“注射”切換,由于樣品是間隔輸送到反應(yīng)器中,因而所得的信號為峰狀信號。
優(yōu)點(diǎn):定量進(jìn)樣,相對連續(xù)流動節(jié)省試劑;分析速度快
缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜;國產(chǎn)電磁閥容易漏液;容易產(chǎn)生交叉污染,記憶效應(yīng)
*斷續(xù)流動法:是介于前兩種方法之間的一種進(jìn)樣模式,利用計(jì)算機(jī)控制蠕動泵的轉(zhuǎn)速和時(shí)間,定時(shí)定量采樣進(jìn)行測定。
優(yōu)點(diǎn):定量進(jìn)樣,節(jié)省試劑;記憶效應(yīng)小
缺點(diǎn):泵管易老化損壞造成進(jìn)樣精度差,有脈動效應(yīng),氫化物會有損失。
其余2種為間歇泵法和順序注射法。