原子熒光分析儀的結(jié)構(gòu)和原理

原子熒光分析儀的結(jié)構(gòu)和原理

原子熒光光譜法是一種發(fā)射光譜法，它定量分析原子在輻射能激發(fā)下發(fā)射的熒光強度。根據(jù)熒光產(chǎn)生機制的不同，原子熒光有十余種，但在實際分析中，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并躍遷到高能態(tài)，在返回基態(tài)或同樣的低能態(tài)的過程中，處于高能態(tài)的原子態(tài)發(fā)射與激發(fā)光源波長相同的熒光，這種熒光稱為共振熒光。
直線熒光
當(dāng)基態(tài)的價電子被激發(fā)躍遷到高能態(tài)（E2）時，高能態(tài)躍遷到低能態(tài)（E1）（而不是基態(tài)）的受激電子發(fā)出的熒光為稱為直線。
階梯線熒光
當(dāng)價電子從基態(tài)躍遷到高能態(tài) (E2) 時，由于受激碰撞會損失一些能量，它們會下降到低能態(tài) (E1)。從低能態(tài)（E1）發(fā)射回基態(tài)（E0）的熒光稱為階梯線熒光。
熱輔助階梯線熒光
基態(tài)原子通過吸收光輻射躍遷到高能態(tài)（E2），處于高能態(tài)的價電子在熱能的作用下被進一步激發(fā)，電子躍遷到類似于能級的更高能態(tài)E2 E3。當(dāng)去激發(fā)到較低能態(tài)（E1）（不是基態(tài)）時發(fā)出的二次光稱為熱輔助階梯線熒光。
敏化熒光
當(dāng)被激發(fā)的第y個原子與第2個原子發(fā)生非彈性碰撞時，能量可能會傳遞給第2個原子，從而使第2個原子被激發(fā)，被激發(fā)的第2個原子去激發(fā)時產(chǎn)生的熒光稱為敏化熒光。
原子吸收和原子熒光在結(jié)構(gòu)上相似，也可以分為四部分：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：
可以使用連續(xù)光源或銳線光源。常用的連續(xù)光源為氙弧燈，常用的尖線光源為高強度空心陰極燈、無極放電燈、激光等。連續(xù)光源穩(wěn)定、操作方便、使用壽命長生活。可用于多種元素的同時分析，但檢出限較差。銳利光源的輻射強度高，穩(wěn)定，可以更良好的檢測限。
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，在陽極和陰極之間施加300~500V的電壓，使兩極之間形成電場，電子在電場中運動，與周圍的惰性氣體分子相互碰撞，使這些惰性氣體電離。氣體中的正離子高速向陰極移動，在高速離子碰撞過程中陰極濺射出陰極元素的基態(tài)原子。這些基態(tài)原子與周圍的離子碰撞并被激發(fā)到激發(fā)態(tài)。在返回基態(tài)的過程中，會發(fā)射出元素的特征譜線。
空心陰極燈-特點
• 燈管結(jié)構(gòu)簡單，空心陰極燈制造工藝成熟；
• 工作性能穩(wěn)定，壽命一般可大于3000mA•h，1小時內(nèi)發(fā)光穩(wěn)定性漂移在±2%以內(nèi)。發(fā)射強度基本能滿足常規(guī)分析要求；
• 儀器光源部分的電源無特殊要求，無需其他輔助設(shè)施；
• 價格便宜。
HCL作為原子熒光的激發(fā)光源也有其不足之處，主要是輻射能量低，限制了原子熒光分析檢測限的進一步降低。
空心陰極燈的維護
選擇合適大小的燈電流；
低熔點元素的燈具在使用過程中不應(yīng)有較大的振動。使用后，燈管必須冷卻后再取出，以防陰極填料倒出或空心陰極變形；
活化處理。如果燈泡不經(jīng)常使用，最好每隔一定時間以額定工作電流點亮 30 分鐘；
注意不要污染發(fā)射線出射窗，不要用手指直接接觸出射窗；
2.霧化器：
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。但使用的火焰與AAS不同，主要是在通常的AAS火焰中，熒光被嚴(yán)重猝滅，火焰必須用Ar稀釋。當(dāng)使用氫化物生成法時，直接在Ar氣氛中使用石英加熱法進行原子化。
原子設(shè)備性能的主要考慮因素
霧化效率高。
低輻射背景和背景閃爍。
低原子熒光猝滅效應(yīng)。
分析物的原子在光路中的停留時間更長。
霧化效率穩(wěn)定，記憶效應(yīng)小，操作簡單
使用成本低。
霧化器的主要類型
火焰霧化器
電熱霧化器
電感耦合等離子體
石英管霧化器
微波等離子
輝光放電等離子體
石英爐原子霧化器是一種適用于低溫火焰的簡易霧化器。主要特點：
結(jié)構(gòu)簡單；
抗腐蝕能力強；
記憶效應(yīng)小；
使用壽命長；
方便廉價的生產(chǎn)加工等。
爐芯結(jié)構(gòu)
內(nèi)氣----氫化物蒸氣、氬氣、氫氣
外氣----氬氣，作用如下：
(1)防止氫化物被氧化，提高霧化效率
(2) 防止熒光猝滅
(3)保持霧化環(huán)境相對穩(wěn)定
更換或清洗爐芯時注意不要弄壞爐芯。另外，氣管不要接錯，載氣接在內(nèi)管上。爐絲應(yīng)盡可能與外管齊平
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，接收有用的熒光信號，減少和去除雜散光。色散系統(tǒng)對分辨能力要求不高，但需要較大的聚光能力，常用的色散元件是光柵。非色散儀器中的濾光片用于將分析線與相鄰光譜線分開，從而降低背景。非色散儀器的優(yōu)點是照射立體角大，光譜通過帶寬大，集光能力大，熒光信號強度大，儀器結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。缺點是散射光的影響大。
4、探測器：
常用的是光電倍增管。在多元素原子熒光分析儀中，光電導(dǎo)體管和分辨管也用作檢測器。檢測器與激發(fā)光束成直角布置，避免激發(fā)光源對原子熒光信號檢測的影響。
對于光信號的檢測，主要有：
光電管
二極管陣列
光電倍增管管子
固態(tài)探測器
A：電荷耦合探測器（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；
表體材質(zhì)：石英。
5種原子熒光注入方式：
*連續(xù)流動法：樣品和還原劑都以不同的速度在管中流動，并在混合器中混合以產(chǎn)生氫化物。
優(yōu)點：提供的信號是連續(xù)的信號 缺點：樣品和還原劑的嚴(yán)重浪費
*流動注射法：與連續(xù)流動法類似，樣品通過取樣閥在“取樣”和“注射”之間切換，由于樣品是間歇性輸送到反應(yīng)器中的，因此產(chǎn)生的信號是類峰信號.
優(yōu)點：定量進樣，相對于連續(xù)流動節(jié)省試劑；分析速度快
缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜；國產(chǎn)電磁閥容易泄漏；容易產(chǎn)生交叉污染，記憶效應(yīng)
*間歇流法：介于前一種兩種方法之間的采樣方式，利用計算機控制蠕動泵的速度和時間，定時定量采樣進行測量。
優(yōu)點：定量進樣，節(jié)省試劑；小記憶效應(yīng)
缺點：泵管容易老化損壞，導(dǎo)致噴射精度差，脈動效應(yīng)，氫化物損失。
另外兩種是間歇泵法和順序噴射法。