第八章 原子荧光光谱
第八章原子荧光光谱ppt课件
部分等离子体经过不同的压力区进入真空系统，在真空系统 内，正离子被拉出并按其质荷比分离；
检测器将离子转化为电子脉冲，然后由积分测量线路计数；
电子脉冲的大小与样品中分析离子的浓度有关，通过与已知 的标准或参比物质比较，实现未知样品的痕量元素定量分析。
实例：原子荧光光谱测定化妆品中的汞；食品中总砷含量 的测定
6.ICP-MS简介
6.1概述 1980年第一篇有关ICP-MS的论文发表。 1983年第一台商品化ICP-MS仪器问世。 至今全球范围已安装5000台以上仪器，普遍应用
于环境、地质、冶金、食品、农业、半导体、生 物医学和核应用等领域，成为公认的最强有力的 元素分析技术。 相比其他痕量金属分析技术，具有以下优点：是 金属分析灵敏度最高的仪器、检出限低、动态范 围宽、多元素同时分析、可进行同位素分析等。
尽管AFS有许多优点，但是由于荧光猝灭效应的存在，使 其在测定复杂基体的样品和高含量试样时，尚有一定困难； 另外，由于固有的散射光的干扰，使其对激发光源和原子 化器有较高要求。除氢化物发生AFS在测定砷、硒、锑、 汞、镉等元素具有独特优势外，AFS在其他方面的应用尚 待开拓。因此，AFS不如AAS和AES应用广泛。
半导体: 33% •高纯金属(电极) •高纯试剂(酸,碱,有机) •Si 晶片的超痕量杂质 •光刻胶和清洗剂
Page 4
6.2仪器原理
电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS） 是以电感耦合等离子 体作为离子源，以质谱进行检测的无机多元素分析技术。
被分析样品通常以水溶液的气溶胶形式引入氩气流中，然后 进入由射频能量激发的处于大气压下的氩等离子体中心区；
该方法具有极高的灵敏度,是原子荧光方法 的主体.该方法使用的测量元素主要有第四. 第五.第六主族的As.Sb.Bi.Se.Te.Pb.Sn 中, 目前已发展为10种元素,包括Cd.Zn在内.
原子荧光光谱分析技术在
目录
CONTENTS
• 原子荧光光谱分析技术概述 • 原子荧光光谱仪组成及工作原理 • 样品前处理与实验操作技巧 • 原子荧光光谱法在元素分析中的应用 • 原子荧光光谱法与其他分析方法比较 • 原子荧光光谱法发展趋势及挑战
01 原子荧光光谱分析技术概述
CHAPTER
原子荧光光谱分析技术定义
原子化系统
原子化器
将样品中的待测元素转化 为气态原子，通常采用火 焰、石墨炉或电热蒸发等 方式。
燃气系统
为原子化器提供必要的燃 气，如乙炔、空气等，以 维持火焰燃烧。
样品引入系统
将待测样品引入原子化器， 通常采用气动雾化、超声 波雾化等方式。
分光系统
单色器
反射镜和聚焦镜
将复合光分解为单色光，通常采用光 栅或棱镜作为分光元件。
• 原子荧光光谱分析技术：一种基于原子能级跃迁产生的荧 光信号进行元素定性和定量分析的方法。
原子荧光光谱分析技术原理
原子激发
通过特定波长的光源照射样品 ，使样品中的目标元素原子被
激发至高能态。
荧光发射
被激发的原子在回落到低能态 时，以光子的形式释放出能量 ，产生特定波长的荧光。
信号检测
通过光电倍增管等检测器接收 荧光信号，并将其转换为电信 号进行放大和处理。
04 原子荧光光谱法在元素分析中的应用
CHAPTER
金属元素分析
痕量金属元素分析
原子荧光光谱法具有高灵敏度和 低检出限的特点，适用于痕量金 属元素的分析，如铅、汞、镉等。
多元素同时分析
通过选择合适的激发光源和荧光 检测器，可以实现多种金属元素 的同时分析，提高分析效率。
金属元素形态分析
原子荧光光谱法不仅可以测定金 属元素的总量，还可以结合其他 技术，如色谱分离技术，对金属 元素的形态进行分析。
原子荧光光谱
原子荧光光谱原子荧光光谱是一种重要的分析技术，用于确定某种物质中存在的元素种类和浓度。
该技术利用原子在高温下的电离和激发现象，产生特定的光谱线，通过测量不同波长的光线的强度，可以确定不同元素的浓度。
本文将介绍原子荧光光谱的原理、适用范围和实验方法。
一、原理原子荧光光谱的原理基于原子在高能量激发下的电离和激发现象。
当原子被电离或激发后，会从低位能级跃迁到高位能级，同时释放能量以光子的形式发射出去。
这些光子具有特定的波长和频率，称为谱线。
不同元素的谱线具有独特的波长和强度，因此可以根据光谱线进行元素分析。
原子荧光光谱的实验过程分为激发原子和测量光谱两个步骤。
激发原子的方法有火焰、弧光、电子轰击等方式。
当原子被激发后，会发射出一系列谱线，这些谱线的强度和波长可以通过光谱仪直接测量得到。
为了提高信噪比和减少干扰，通常需要对样品进行预处理和选择合适的激发波长。
二、适用范围原子荧光光谱适用于多种物质的元素定性和定量分析，包括金属、非金属和半金属元素。
该技术具有灵敏度高、选择性好、分析速度快等优点，特别适用于样品含量低的情况。
例如，检测地下水中的重金属含量，测定食品中的微量元素含量，以及痕量元素的分析等领域都广泛应用了原子荧光光谱技术。
三、实验方法原子荧光光谱的实验方法主要包括样品制备、装置设置和操作步骤等几个方面。
1. 样品制备样品制备过程要注意避免污染和样品损失。
对于固体样品，通常需要研磨成细粉末，并按一定比例加入内标元素。
对于溶液样品，要根据需要进行稀释和过滤去除杂质。
此外，还需要对不同元素的激发波长和测量线进行选择和优化。
2. 装置设置原子荧光光谱的装置包括激发源、光谱仪和数据处理系统。
激发源可以采用多种方式，如弧光灯、火焰燃烧器、电子轰击等。
光谱仪通常采用分光光度计或光栅光谱仪，具有高分辨率和高光学性能。
数据处理系统用于测量光谱强度和波长等参数，并进行数据处理和分析。
3. 操作步骤具体的实验操作步骤包括预热、校准、样品进样、测量和数据处理等几个步骤。
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。
原子荧光光谱分析
原子荧光光谱分析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。
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。
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。
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。
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。
原子荧光光谱法
原子荧光光谱法1. 基本原理
2. 原子化方法(光源)
3. 仪器结构：与原子吸收光谱法仪器类似，只是入射光与出射光相互垂直
4. 特点：检出限低、干扰少、吸收谱与发射谱线比较单一、标准曲线线性范围宽（3~5个数量级）
5. 实验方法（与原子吸收光谱法类似）
冷原子化法：Hg
氢化物发生法
原理：As、Bi、Ge、Pb、Se、Sn、Te的氢化物常温为气态
氢化物发生方法
硼氢化钾（钠）-酸还原体系（特点：适用以上
8种以及其他3种元素的分析Hg、Cd、Zn）
金属-酸还原体系
氢化物发生器：组成是进样系统+混合反应器+气液分离器+载气系统
一般氢化物可用电加热或火焰加热的方式使氢化物解离成原子
特点：无基体干扰、进样效率高、存在液相和气相的干扰
荧光类型
定量关系：I f=Kc(I f：发射的荧光强度；c：浓度)
共振荧光：发射光与吸收共振频率相同的光辐射，若原子先被热激发至亚稳态E1
再吸收光辐射跃迁至E2，最后在辐射相同频率的光，就叫热助共振荧光
在原子荧光分析共振振荧光最常用（荧光强度最大）
非共振荧光
敏化荧光:受激发的原子把激发能传递给另一个原子，此原子再发出荧光
火焰原子化法观察不到敏华荧光，石墨炉原子化法可以
Stokes荧光：发射光频率<吸收光频率
反Stokes荧光：发射光频率>吸收光频率
荧光淬灭：一非辐射的形式释放激发能量
机理有：与自由原子碰撞、与自由原子碰撞后形成不同激发态
与分子碰撞、与分子碰撞后形成不同激发态、与电子碰撞、化学淬灭反应
标准加入法
工作曲线法。
原子荧光光谱原理
原子荧光光谱原理
原子荧光光谱是一种通过激发原子内部电子跃迁产生的特定波长的荧光信号来研究原子结构和化学元素的方法。
其原理基于以下几个方面：
1. 原子激发：当原子处于基态时，其电子位于最低能级上。
当外界能量传递给原子时，电子可以被激发到较高的能级。
激发方式可以是光照、电子轰击或热激发等。
2. 电子跃迁：一旦电子被激发到较高能级，它会很快返回到较低的能级。
在这个过程中，电子通过发射光子来释放多余的能量。
这些光子的能量与原子内部能级差的大小相关。
3. 荧光发射：原子内部的能级结构是离散的，每个能级对应着特定的能量差和波长。
当电子跃迁到较低能级时，它会发射具有特定波长的光子。
这些特定波长的光子通过荧光发射被观测到。
4. 光谱分析：利用光谱仪等设备可以将荧光信号分解成不同波长的光谱。
通过测量光谱图案中的特定波长，可以确定原子的组成和结构。
原子荧光光谱在科学研究和分析领域具有广泛的应用，例如用于元素分析、材料表征和环境监测等。
通过分析荧光光谱能够推断出样品中的元素组成，并提供关于原子结构和化学性质的信息。
原子荧光光谱基本原理及应用
原子荧光光谱基本原理及应用原子荧光光谱的产生主要基于物质放电的过程。
首先，物质被输入到一个高频电场中，使得原子的电子从基态跃迁到激发态，形成一个激发态的原子。
接下来，激发态的原子会通过非辐射跃迁或辐射跃迁返回到基态。
在辐射跃迁过程中，原子会发射出一些特定波长的光线，即荧光。
这些发射的特定波长与原子的能级结构有关，因此可以用来确定物质的成分和浓度。
1.分析元素成分：原子荧光光谱可以用来分析物质的成分，特别是元素的含量。
它可以检测多种元素，包括有机和无机物质中的常规和微量元素。
这种分析方法广泛应用于环境监测、食品安全、制药工业等领域，对于确定物质的成分和浓度非常有用。
2.确定金属离子浓度：原子荧光光谱可以用于确定金属离子的浓度。
这是因为金属离子在光谱分析中通常具有特定的荧光发射线。
通过测量发射线的强度，可以确定金属离子的浓度，从而实现对金属离子的准确测量。
这种应用在水质监测和环境污染监测中尤为重要。
3.质量分析：原子荧光光谱可以用来进行质量分析，特别是对分子的质量分析。
通过测量样品中特定元素的质谱峰，可以确定不同分子的相对质量。
这种方法广泛应用于化学分析、物质鉴定和药物检测等领域。
4.检测痕量元素：原子荧光光谱可以用来检测痕量元素。
痕量元素指的是物质中的微量元素，其浓度通常非常低。
原子荧光光谱具有高灵敏度和高分辨率的优点，使其成为检测痕量元素的理想工具。
这种应用在地质学、化学工业和研究等领域中非常重要。
综上所述，原子荧光光谱是一种基于物质放电过程的分析技术，通过测量物质放电时发射的特定波长的光线，确定物质的成分和浓度。
它具有可广泛应用于元素分析、金属离子浓度测量、质量分析和痕量元素检测等领域的优点。
原子荧光光谱的产生
原子荧光光谱的产生
原子荧光光谱是指当原子吸收能量后，部分电子被激发到高能级，随后又跃迁到低能级时，释放出的光子所组成的谱线。
原子荧光光谱的产生可以通过以下几个步骤来解释：
1. 激发：原子吸收外部能量，如热能、电磁辐射或是与其他粒子碰撞等，使得部分电子跃迁到较高能级，形成激发态。
2. 跃迁：激发态的电子不稳定，会迅速回到较低能级，这个过程称为电子跃迁。
电子跃迁时，会释放出能量，并以光子的形式传递出去。
3. 能量差：电子跃迁时，能量的差异决定了光子的频率（或波长），而频率即对应特定的光谱线。
能级结构的不同，使得不同元素或分子的光谱线具备独特的特点。
4. 谱线产生：原子发射的光子通过光学装置（如光栅、光谱仪等）进行分光，最终形成了原子荧光光谱。
根据光谱线的强度、位置和形状等特征，可以对原子进行识别和分析。
总之，原子荧光光谱的产生是由于原子在激发态和基态之间电子的跃迁过程，释放出的能量以光子的形式传递出去，形成一系列特定的谱线。
这些谱线能够提供关于原子结构和成分等信息，具有重要的科学和技术应用价值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
B、谱线较简单（与AES比） C、可同时进行多元素测定（与AAS比） D、线性范围宽：3-5个数量级 （与AAS比） E、荧光猝灭效应：受激原子和其他粒子 碰撞，能量以热形式损失 发射和荧光，光源作用不同 发射：光源 ≌ 原子化器 荧光：光源 + 原子化器
8.5 应用
氢化发生 AsCl3 + 4NaBH4 + HCl + 8H2O AsH3 + 4NaCl + 4HBO2 + 13H2
在以上各种类型的原子荧光中，共振荧 光强度最大，最为常用。
8.1 基本原理
8.2 原子荧光光谱仪
光源：高强度空心阴极灯，无极放电灯 原子化器：火焰或石墨炉 分光元件：滤光片 检 测 器：日盲光电倍增管 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。
8.1 基本原理
8.1.1 共振荧光
荧光波长与激发光波长相同
8.1.2 非共振Hale Waihona Puke 光荧光波长与激发光波长不同
直跃线荧光、阶跃激发荧光、 anti-stores荧光
（前两种为stores荧光）。
8.1 基本原理
8.1.3 敏化荧光 受光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，后者再以辐射形式发射荧光即为敏 化荧光。
8.3 分析方法
8.3.1 定性分析
各种元素都有其特定的原子荧光光谱
8.3.2 定量分析
荧光强度与原子浓度成正比
IF = AI0LN C
：量子效率 A：有效面积 I0: 单位面积上光源强度
：系数 L：吸收光程长 N：单位长度上基态原子数
8.4 原子荧光法的特点
A、灵敏度高（与AES比）
HgCl2 + 3NaBH4 + HCl + 6H2O Hg + 3HBO2 + 3NaCl + 11H2
第八章 原 子 荧 光 光 谱
Atomic Fluorescence Spectrometry（AFS）
要点
原子光谱 发射光谱 光致发光
8.1 基本原理
光致发光，属发射光谱分析
基态原子被具有特征波长的光束照射， 电子吸收发射能，从基态跃迁至激发态。 电子从激发态跃迁回基态时发出与照射 光相同或不同波长的光即原子荧光。108s