AFS讲义原子荧光
原子荧光光谱法(AFS) 分析技术 - 副本
二〇一二年三月
原子荧光光谱法(AFS) 分析技术 原子荧光光谱法
一 AFS基础原理概述 AFS基础原理概述 二 三 四 五 六 AFS仪器构造装置 AFS仪器构造装置
AFS仪器操作及影响测量的主要因 AFS仪器操作及影响测量的主要因 素
AFS仪器使用注意事项 AFS仪器使用注意事项 AFS仪器日常维护 AFS仪器日常维护 AFS简单故障的排除 AFS简单故障的排除
AFS仪器操作及影响原子荧光 仪器操作及影响原子荧光 测量的主要因素及注意事项
2. 6 读数时间、延迟时间 读数时间、
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。
AFS仪器操作及影响原子荧光 仪器操作及影响原子荧光 测量的主要因素及注意事项
1、操作规程 、 打开氩气→安装待测元素灯→依次打开稳压电源、电 脑、AFS仪器主机、顺序注射泵（或蠕动泵） →调节光路 →加水于二级气液分离器→打开操作软件→设置仪器参数 →仪器预热→压紧蠕动泵（在顺序注射反应系统中承担排 废作用）→插进样管路于试剂瓶中→检测→打印报告→清 洗仪器→松开蠕动泵→退出软件→依次关闭→顺序注射泵 （或蠕动泵）、 AFS仪器主机、电脑、稳压电源、氩气 操作规程链接： 操作规程链接： 原子荧光分光光度计操作规程.doc 原子荧光分光光度计操作规程.doc
AFS仪器结构讲义-原子荧光参考幻灯片
发展历史、基本原理和设计思路
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氢化物发生 原子荧光技术的发展历史
▪ 1974年Tsujii和Kuga首次将氢化物进样技术和无色散原 子荧光光谱技术相结合，开创了氢化物发生—无色散原 子荧光光谱分析技术（HG-AFS）。
▪ 1975年杜文虎等介绍了原子荧光法，次年研制了冷原子 荧光测汞仪.
还原反应，氩气--氢气火焰提供原子化温度 金属--酸体系；氯化亚锡--酸；硼氢化物--酸； 后者反应速度快，性能稳定，适合大多数元素
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2.3.4 氢化物发生的特点
▪ 没有基体干扰 ▪ 原子化效率高 ▪ 氢化物蒸汽易于原子化 ，不需要高温 ▪ 不同价态的元素发身个氢化物反应的条件不同，
因此可以做价态分析
▪ 在此后的20多年中,北京科创海光仪器有限公司在开发原 子荧光分析方法,仪器的设计研制;尤其在氢化物发生原 子荧光分析方面做了大量卓有成效的工作.使我国在HGAFS技术领域处于国际领先地位。
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我国学者的工作中主要突破 有以下几方面
▪ 用溴化物无极放电灯代替碘化物无极放电灯，成功地解 决了铋的光谱干扰问题；
▪ 20世纪70年代末,郭小伟等研制成功研制了溴化物无极 放电灯,为原子荧光分析技术的进一步深入研究和发展 奠定了基础.
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氢化物发生 原子荧光技术的发展历史
▪ 1983年北京地质仪器厂,即现在的北京科创海光仪器有 限公司等研制了双通道原子荧光光谱仪，开创了领先世 界水平的有我国自主知识产权分析仪器的先河。
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1.7 产品型号和特点
▪ 早期分立元件，微波源，无极放电灯，间断手动
进样 --主要XDY-1，2
▪ 计算机技术（单片机、系统机），空心阴极灯， 间断进样--3型，2A，120 ，220
AFS原子荧光
干扰情况 HG-AAS与HG-AFS在液相中干扰基本相同， 但气相干扰原子荧光法要小得多，在测复杂 样品时一般不需分离或加抗干扰剂即可直接 测定。
线性范围 HG-AFS一般可达3个数量级，可减少稀释； HG-AAS一般只仅1个数量级。
4.原子荧光光谱仪发展现状 １）原子荧光光谱仪的优势 检出限低、灵敏度高
AFS原子荧光
主要内容
1.原子荧光光谱法简介 2. 原子荧光光谱法（AFS）的原理 3. 氢化物反应的种类 4. 原子荧光分析仪与原子吸收光谱仪比较 5.原子荧光光谱法的应用
1. 原子荧光光谱法简介
原子荧光发展简史
1.一九六四年威博尼尔提出原子荧光光谱 法，可作为一种化学分析方法 2.八十年代，我国科技工作者对原子荧光 光谱仪作出很大贡献，郭小伟等人研制 的非色散原子荧光光谱仪，由采用无极 放电灯到以空心阴极灯作光源的氢化物 法对仪器商品化作了突出贡献
Em+
EHn +H2（过剩）（m可以等于或不等于n） E— 被测元素 H—氢自由基
氢化物发生进样方式及流程 进样方式采用直接传输法：分为连续流动 法、流动注射法、断续流动（间歇泵法），顺 序注射法。
1) 连续流动—样品及硼氢化钠溶液均以不同速度 在管子中流动并在混合器中混合，然后通过气 液分离器将氢化物送至原子化器，此法提供连 续信号，原理图见图一。
更稳定
PF6技术指标
元素 检出限 （ng/ml） 精密度 线性范围 As Se Pb Bi Te Sn Sb < 0.01 Hg Cd Zn Ge < 0.05
< 0.001 < 1.0 < 1.0% > 103
２）高度自动化 气路自动控制，流量全程可控，自动进样器 能够实现样品自动稀释，有自动保护、自动 报警系统，安全可靠。 ３）高稳定性低温点火石英原子化器 升温速度快，控温精度好，使用寿命长。
AFS讲义分析
1.3 荧光猝灭
使用氩气做载气和屏蔽气
氩气作用： a）载气（内气：包括产生的氢化物蒸汽、氢气） b）屏蔽气（防止氢化物被氧化、抑制荧光猝灭、
稳定原子化环境）
1.4 AFS的优点
• 非色散系统、光程短、能量损失少 • 结构简单，故障率低 • 灵敏度高，检出限低，与激发光源强度成正比 • 接收多条荧光谱线 • 适合于多元素分析 • 原子化效率高，理论上可达到100% • 采用日盲管检测器，降低火焰噪声 • 线性范围宽，3个量级 • 没有基体干扰 • 可做价态分析 • 只使用氩气，运行成本低 • 采用氩氢焰，紫外透射强，背景干扰小
1.7 产品型号和ຫໍສະໝຸດ 点• 早期分立元件，微波源，无极放电灯，间断手
动进样 --主要XDY-1，2
• 计算机技术（单片机、系统机），空心阴极灯， 间断进样--3型，2A，120 ，220
• 计算机技术和断续流动----进样方式改革 2201，老230（自动进样）DOS系统
• Windows系统，串口控制----2202，230，2202E， 230E，3000，3100，9800系列
a）原子发射光谱AES
有多种类型，从激发光源的类别分为火花、电弧、 直流等离子体（DCP）、微波等离子体（MWP）、 和电感耦合等离子体（ICP）以及激光等
b）原子吸收AAS
光源有无极放电灯、空心阴极灯，目前还有连续光 源，从原子化器上分为火焰和无火焰，从扣背景方 式上有塞曼、氘灯、自吸；
c）原子荧光AFS
2.3.4 氢化物发生的主要特点 • 没有基体干扰 • 原子化效率高 • 氢化物蒸汽易于原子化 ，共价氢化物易于解
AFS原子荧光光度计讲义课件PPT
高灵敏度、低检出限、宽线性范围、 无基体干扰等。
工作原理
原子化
通过高温加热或化学反应将样 品中的元素转化为原子态。
激发
原子吸收特定波长的光能后跃 迁至激发态。
荧光发射
激发态原子返回基态时释放出 特定波长的荧光。
检测
荧光信号被光电倍增管转换为 电信号，经放大和信号处理后
输出。
应用领域
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02
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样品处理与前处理
样品采集
根据测量需求采集具有代表性的 样品，并确保样品的数量和品质
满足测量要求。
样品处理
对采集的样品进行破碎、研磨、溶 解等处理，以便提取出待测元素。
样品前处理
采用适当的化学或物理方法对样品 进行前处理，如消解、分离、富集 等，以提高待测元素的测量准确度。
测量参数设置
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测量波长
数据分析
采用适当的统计方法对数据进行处理 和分析，如线性回归、曲线拟合等， 以揭示数据间的内在关系和变化规律。
04 AFS原子荧光光度计的优 缺点与注意事项
优点
高灵敏度
AFS原子荧光光度计具有较高的检测 灵敏度，能够检测低浓度的元素，适 用于痕量分析。
宽线性范围
该仪器具有较宽的线性范围，能够适 应不同浓度范围的样品检测。
根据待测元素的特征光谱，选择合 适的测量波长。
测量时间
根据待测元素的浓度和仪器响应特 性，设置合适的测量时间。
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02ห้องสมุดไป่ตู้
灯电流
根据待测元素的性质和测量精度要 求，选择合适的灯电流。
测量条件
根据实际情况选择适当的仪器工作 条件，如泵速、气体流量等。
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数据处理与分析
原子荧光光谱精讲
4.检测器
•
常用的是日盲光电倍增管，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。
5.氢化物发生器 • • • • （1） （2） （3） （4） 间断法 连续流动法 断续流动法 流动注射氢化物技术
4.原子荧光法测定原理 • 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（线性关系，只在低浓度时成立） • 随着原子浓度的增加，由于谱线展宽效应、自吸、散射等 因素的影响会使得曲线出现弯曲
5.氢化物（蒸气）发生原子荧光法 • 1）原理 • 氢化物发生进样方法，是利用某些能产生初生态氢的还原 剂或化学反应，将样品溶液中的待测组分还原为挥发性共 价氢化物，然后借助载气流（氩气）将其导入原子光谱分 析系统进行测量。
2) 谱线简单、干扰小；
3) 线性范围宽（可达 3 ~ 5个数量级）；
4) 易实现多元素同时测定（产生的荧光向各个方向发射）。
缺点 存在荧光淬灭效应、散射光干扰等问题。
二、原子荧光光谱法的基本原理
1.原子荧光的产生过程
＋ e
e
原子荧光
基态的原子蒸气吸收特定波长光辐射的能量而被激发到较高的激发态， 然后受激原子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
氢化物发生的优点： 分析元素能够与可能引起干扰的样品基体分离，消除了干 扰。 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，进样效率接近100%。 连续氢化物发生装置易实现自动化。 不同价态的元素氢化物发生的条件不同，可进行价态分析。
氢化物反应种类 • 1）金属酸还原（Marsh反应） • 2）硼氢化物酸还原体系
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。
原子荧光光谱法原理
原子荧光光谱法原理
原子荧光光谱法( AFS) 因化学蒸气分离、非色散光学系统等特性，是测定微量砷、锑、铋、汞、硒、碲、锗等元素最成功的分析方法之一。
原子荧光光谱法（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。
原子荧光光谱法原理：基态原子（一般蒸汽状态）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。
测量待测元素的原子蒸气在一定波长的辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的方法。
原子荧光的波长在紫外、可见光区。
气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，约经10-8秒，又跃迁至基态或低能态，同时发射出荧光。
若原子荧光的波长与吸收线波长相同，称为共振荧光；若不同，则称为非共振荧光。
共振荧光强度大，分析中应用最多。
在一定条件下，共振荧光强度与样品中某元素浓度成正比。
该法的优点是灵敏度高，目前已有20多种元素的检出限优于原子吸收光谱法和原子发射光谱法；谱线简单；在低浓度时校准曲线的线性范围宽达3~5个数量级，特别是用激光做激发光源时更佳。
主要用于金属元素的测定，在环境科学、高纯物质、矿物、水质监控、生物制品和医学分析等方面有广泛的应用。
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。