第四章第四章 原子吸收光谱法原子吸收光谱法 (Atomic Absorption Spectrometry, AAS)4-1 概述概述4-2 原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理4-3 原子吸收光谱仪原子吸收光谱仪 4-4 定量分析方法定量分析方法 4-5 干扰及其抑制干扰及其抑制 4-6 灵敏度、检出极限、测定条件的选择灵敏度、检出极限、测定条件的选择4-7 方法特点及应用方法特点及应用 4-1 4-1 概述概述l原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法 原子吸收法原子吸收法 l基于物质产生的原子蒸汽对特定谱线（通常是基于物质产生的原子蒸汽对特定谱线（通常是待测原子的特征谱线）的吸收来待测原子的特征谱线）的吸收来进行元素定量进行元素定量分析分析的一种方法。的一种方法。如图如图: 测定试液中测定试液中Mg2+的含量的含量 原于吸收分析示意图原于吸收分析示意图l原子吸收法和分光光度法在基本原理上是相同原子吸收法和分光光度法在基本原理上是相同的，都是基于物质对光的吸收。的，都是基于物质对光的吸收。l但吸光物质的状态不同，一个是基态原子的吸但吸光物质的状态不同，一个是基态原子的吸收，一个是溶液中分子或离子的吸收。收，一个是溶液中分子或离子的吸收。l原子蒸气对光的吸收程度也是符合朗伯比耳定原子蒸气对光的吸收程度也是符合朗伯比耳定律的。律的。l仪器的基本结构也与一般光度计类似。仪器的基本结构也与一般光度计类似。4-2 4-2 原子吸收光谱法基本原理原子吸收光谱法基本原理一、共振发射线与共振吸收线一、共振发射线与共振吸收线 原子在两个能态之间的跃迁伴随着能量的发原子在两个能态之间的跃迁伴随着能量的发射和吸收。射和吸收。 最外层电子由基态跃迁到第一激发态时，所最外层电子由基态跃迁到第一激发态时，所产生的吸收谱线称为产生的吸收谱线称为共振吸收线共振吸收线。 跃回到基态时，则发射出同样频率的光，称跃回到基态时，则发射出同样频率的光，称为为共振发射线共振发射线。 发发射射吸吸收收E0E1共共振振线线：共共振振发发射射线线和和共共振振吸吸收收线线的的波波长长相同，简称为共振线。相同，简称为共振线。 各种元素的原子结构和外层电子排布不同，各种元素的原子结构和外层电子排布不同，各能级的能量不同，不同元素的原子在基态和第各能级的能量不同，不同元素的原子在基态和第一激发态间一激发态间跃迁能量不同跃迁能量不同共振线具有特征性。共振线具有特征性。各种元素的基态和第一激发态间跃迁各种元素的基态和第一激发态间跃迁最易发生最易发生最灵敏线。最灵敏线。 h 在原子吸收分析中，就是利用处于基态的在原子吸收分析中，就是利用处于基态的待测原子蒸汽对从光源发射的共振发射线的吸待测原子蒸汽对从光源发射的共振发射线的吸收来进行分析的。收来进行分析的。 共振线的特点：共振线的特点： 是元素的特征谱线是元素的特征谱线; 一般是元素所有谱线中最灵敏的谱线。一般是元素所有谱线中最灵敏的谱线。二、热激发时基态原子数与激发态原子数之二、热激发时基态原子数与激发态原子数之间的分配间的分配原子化过程：原子化过程： MO Mn+ Mj在适当条件下，基在适当条件下，基本不发生，且应尽本不发生，且应尽量防止发生。量防止发生。在适当条件下，基在适当条件下，基本不发生，且应尽本不发生，且应尽量防止发生。量防止发生。 热力学平衡时，热力学平衡时，激发态与基态原子数之比服从激发态与基态原子数之比服从玻尔兹曼（玻尔兹曼（ Boltzmann ）分布定律）分布定律：式中：式中：N Nj j和和N0 激发态和激发态和基态原子数；基态原子数； P Pj j和和P PO O 激发态和基态的统计权重；激发态和基态的统计权重； k 玻尔兹曼常数；玻尔兹曼常数； T热力学温度。热力学温度。T T一定，比值一定。一定，比值一定。 温度升高或共振线的波长越长，比值越大。温度升高或共振线的波长越长，比值越大。通常比值通常比值1%，Nj10nm时就不能使用），因背景吸收随时就不能使用），因背景吸收随波长而变。例如波长而变。例如Ni的测定，共振线为的测定，共振线为232.0nm，非吸收线非吸收线231.6nm。非吸收线可来自同一灯的发。非吸收线可来自同一灯的发射线，也可用另一灯的发射线。射线，也可用另一灯的发射线。 用背景校正器用背景校正器 A.氘灯背景校正氘灯背景校正 旋转斩光器交替使空心阴极灯提供的共振线和旋转斩光器交替使空心阴极灯提供的共振线和氘灯提供的连续光谱（氘灯提供的连续光谱（190350nm）通过火焰。）通过火焰。连续光谱通过时：连续光谱通过时：测测定的为背景吸收（此定的为背景吸收（此时的共振线吸收相对时的共振线吸收相对于总吸收可忽略）；于总吸收可忽略）；共振线通过时：共振线通过时：测定测定总吸收；总吸收；差值差值为有效吸收。为有效吸收。不足：不足：氘灯测的是整个通带内的平均背景，与分氘灯测的是整个通带内的平均背景，与分析线处的真实背景有差异，校正有可能过度或不析线处的真实背景有差异，校正有可能过度或不足，且有波段限制，两灯光束在原子化器中严格足，且有波段限制，两灯光束在原子化器中严格重迭才能使两光源测得的背景一致。重迭才能使两光源测得的背景一致。B.塞曼（塞曼（Zeeman）效应背景校正）效应背景校正 塞曼效应是指在强磁场中（光源发射线或）吸塞曼效应是指在强磁场中（光源发射线或）吸收线发生分裂的现象。一条谱线分裂为三条（均收线发生分裂的现象。一条谱线分裂为三条（均为偏振光），一条叫为偏振光），一条叫线，平行于磁场方向，中心线，平行于磁场方向，中心线与原吸收线波长相同，另两条叫线与原吸收线波长相同，另两条叫+ 、- 线，垂线，垂直于磁场方向，波长偏离原吸收线波长。直于磁场方向，波长偏离原吸收线波长。 光源发射线通过起偏器后变为偏振光，随着起偏光源发射线通过起偏器后变为偏振光，随着起偏器的旋转，某一时刻有平行于磁场方向的偏振光通器的旋转，某一时刻有平行于磁场方向的偏振光通过原子化器，吸收线过原子化器，吸收线和背景均产生吸收，测得原和背景均产生吸收，测得原子吸收和背景吸收的总和。在另一时刻有垂直于磁子吸收和背景吸收的总和。在另一时刻有垂直于磁场的偏振光通过原子化器，不产生原子吸收，测得场的偏振光通过原子化器，不产生原子吸收，测得的只是中心波长处背景的吸光度，两次吸光度之差，的只是中心波长处背景的吸光度，两次吸光度之差，便校正了背景吸收。便校正了背景吸收。 优点：优点：可在全波段范围内进行；可校正较高吸光可在全波段范围内进行；可校正较高吸光度（高达度（高达1.52.0）的背景，校正准确度较高，比氘）的背景，校正准确度较高，比氘灯校正优越得多。灯校正优越得多。C.用自吸效应校正背景用自吸效应校正背景特点：特点：校正范围大（紫外区和可见光区）；校正能力校正范围大（紫外区和可见光区）；校正能力强强(能扣除背景吸收值达能扣除背景吸收值达2.0以上以上)；仪器结构简单；影响；仪器结构简单；影响空心阴极灯的寿命。空心阴极灯的寿命。原理：原理：利用空心阴极灯在大电流时将产生自吸收这一利用空心阴极灯在大电流时将产生自吸收这一效应，使灯的供电方式改为两种：一种是大电流的背景效应，使灯的供电方式改为两种：一种是大电流的背景电流电流(几十毫安几十毫安)，这时测得的吸光度值为背景吸收值；，这时测得的吸光度值为背景吸收值；另一种是小电流的信号电流另一种是小电流的信号电流(几毫安几毫安)，这时的吸光度值，这时的吸光度值为背景吸收和被测元素吸收之和。若调节两种电流的入为背景吸收和被测元素吸收之和。若调节两种电流的入射光强相等，则在两种电流下测得吸光度之差即与被测射光强相等，则在两种电流下测得吸光度之差即与被测元素的含量成线性关系。元素的含量成线性关系。二、物理干扰（基体效应）二、物理干扰（基体效应） 物理干扰物理干扰是指试样的物理性质改变（溶液的粘是指试样的物理性质改变（溶液的粘度、表面张力、溶剂蒸气压等）所引起的干扰。度、表面张力、溶剂蒸气压等）所引起的干扰。 主要影响试样喷入火焰速度、雾化效率、雾滴大主要影响试样喷入火焰速度、雾化效率、雾滴大小、溶剂的蒸发速度等，从而影响基态原子数。大小、溶剂的蒸发速度等，从而影响基态原子数。大量基体元素的存在，总含盐量的增加，在火焰中蒸量基体元素的存在，总含盐量的增加，在火焰中蒸发和离解时，必然要消耗大量热量，使火焰温度发发和离解时，必然要消耗大量热量，使火焰温度发生变化，因而也会影响原子化效率，影响结果。生变化，因而也会影响原子化效率，影响结果。 消除的办法是消除的办法是: 配制相似组成的标液配制相似组成的标液使用标准加入法使用标准加入法如待测元素含量不太低，稀释试液。如待测元素含量不太低，稀释试液。三、电离干扰三、电离干扰 电离干扰电离干扰是指待测元素的原子发生了电离反是指待测元素的原子发生了电离反应，使基态原子数减少，吸收强度减弱。这种干应，使基态原子数减少，吸收强度减弱。这种干扰多发生在易电离（电离电位扰多发生在易电离（电离电位6ev）的元素如）的元素如碱金属、碱土金属的测定中，温度越高，干扰越碱金属、碱土金属的测定中，温度越高，干扰越严重。严重。 消除的办法：消除的办法：控制温度控制温度加消电离剂加消电离剂 加入较大量的更易电离元素的盐，如加入较大量的更易电离元素的盐，如CsCl等。等。四、化学干扰四、化学干扰 化学干扰化学干扰是指待测元素与其它组分发生了化学是指待测元素与其它组分发生了化学反应所引起的干扰效应。反应所引起的干扰效应。 典型的化学干扰是待测元素与共存组分作用生成稳定难典型的化学干扰是待测元素与共存组分作用生成稳定难挥发的化合物，致使参与吸收的基态原子数减少。有些元挥发的化合物，致使参与吸收的基态原子数减少。有些元素（素（AlAl、SiSi、B B、TiTi）在火焰中易生成难离解的氧化物，使）在火焰中易生成难离解的氧化物，使这些元素很难完全从化合物中解离出来，这也是常见的化这些元素很难完全从化合物中解离出来，这也是常见的化学干扰。这种形成稳定化合物而引起干扰（原子化效率降学干扰。这种形成稳定化合物而引起干扰（原子化效率降低）的大小，在很大程度上取决于火焰温度，使用高温火低）的大小，在很大程度上取决于火焰温度，使用高温火焰可降低这种干扰。焰可降低这种干扰。 消除的办法：消除的办法：加加释放剂释放剂与干扰元素生成更稳定化合物使待与干扰元素生成更稳定化合物使待测元素释放出来。测元素释放出来。 例：锶和镧可有效消除磷酸根对钙的干扰。例：锶和镧可有效消除磷酸根对钙的干扰。加加保护剂保护剂与待测元素形成稳定的络合物，防与待测元素形成稳定的络合物，防止干扰物质与其作用。止干扰物质与其作用。 例：加入例：加入EDTA生成生成EDTA-Ca，避免磷酸根与，避免磷酸根与钙作用。钙作用。加加饱和剂饱和剂加入足够的干扰元素，使干扰趋于加入足够的干扰元素，使干扰趋于稳定。稳定。 例：用例：用N2OC2H2火焰测钛时，在试样和标准火焰测钛时，在试样和标准溶液中加入溶液中加入300mg/L以上的铝盐，使铝对钛的干以上的铝盐，使铝对钛的干扰趋于稳定。扰趋于稳定。 加入基体改进剂加入基体改进剂 在石墨炉法中，加入基体改进剂可以使待测元在石墨炉法中，加入基体改进剂可以使待测元素转变成更难挥发的化合物，或者使干扰组分转素转变成更难挥发的化合物，或者使干扰组分转变为易挥发的化合物。变为易挥发的化合物。 比如，比如，Se在在300400时便开始挥发，如果加时便开始挥发，如果加入入Ni盐，反应后生成盐，反应后生成NiSe，灰化温度可提高至，灰化温度可提高至1200，这样既有利于将干扰组分在灰化阶段除，这样既有利于将干扰组分在灰化阶段除去，又不会造成去，又不会造成Se的损失。又如，的损失。又如，NaCl对测对测Cd有有干扰，加入基体改进剂干扰，加入基体改进剂NH4NO3，使其转变为易挥，使其转变为易挥发的发的NH4Cl和和NaNO3，在灰化阶段便可除去。，在灰化阶段便可除去。 采用标准加入法采用标准加入法 该法中，由于试样和加标试样的基体基本相同，该法中，由于试样和加标试样的基体基本相同，在比较测定结果时能将干扰因素部分扣除。在比较测定结果时能将干扰因素部分扣除。分离干扰分离干扰 以有机溶剂萃取法用得多以有机溶剂萃取法用得多 ，既分离了干扰物质，既分离了干扰物质又富集了低含量的待测元素。又富集了低含量的待测元素。 有机溶剂对试样雾化及火焰燃烧过程有影响。有机溶剂对试样雾化及火焰燃烧过程有影响。 含氯的有机溶剂如氯仿、四氯化碳和苯、环已含氯的有机溶剂如氯仿、四氯化碳和苯、环已烷、正庚烷、石油醚等，燃烧不完全，生成的微烷、正庚烷、石油醚等，燃烧不完全，生成的微粒碳引起散射，且这些溶剂本身也呈现很强的吸粒碳引起散射，且这些溶剂本身也呈现很强的吸收，故不宜采用。而收，故不宜采用。而酯类、酮类酯类、酮类燃烧完全，火焰燃烧完全，火焰稳定，溶剂本身也不呈现强吸收，稳定，溶剂本身也不呈现强吸收，是比较合适的是比较合适的溶剂溶剂，如甲基异丁基酮。，如甲基异丁基酮。 4-6 灵敏度、检出极限、测定条件的选择灵敏度、检出极限、测定条件的选择一、一、 灵敏度灵敏度 灵敏度（灵敏度（S）指在一定浓度时，测定值的指在一定浓度时，测定值的增量（增量（A）与相应的待测元素浓度（或质量）与相应的待测元素浓度（或质量）的增量（的增量（c或或m）的比值（待测元素的浓度或）的比值（待测元素的浓度或质量改变一个单位时吸光度质量改变一个单位时吸光度A的变化量）：的变化量）： Sc =A/c 或或 Sm =A/m 火焰法中，用特征浓度来表征灵敏度。火焰法中，用特征浓度来表征灵敏度。 所谓特征浓度是指能产生所谓特征浓度是指能产生1%吸收或吸光度为吸收或吸光度为0.0044时，溶液中待测元素的浓度。时，溶液中待测元素的浓度。 单位：单位：g/(mL1%)例如：例如： 0.4g/mL镁溶液，用空气一乙炔焰原子吸镁溶液，用空气一乙炔焰原子吸收光度计测得其吸光度为收光度计测得其吸光度为0.225，测得溶剂空白的，测得溶剂空白的吸光度为吸光度为0.005，求镁元素的特征浓度。，求镁元素的特征浓度。 Cc越小，则分析灵敏度越高。越小，则分析灵敏度越高。 石墨炉法中，用特征质量石墨炉法中，用特征质量mc来表征灵敏度。其来表征灵敏度。其定义为定义为: 能产生能产生1%吸收信号时所对应的待测元素吸收信号时所对应的待测元素的质量。单位：的质量。单位：g/1% 对一定元素来讲，决定灵敏度的因素包括仪器对一定元素来讲，决定灵敏度的因素包括仪器性能和使用条件两个方面。性能和使用条件两个方面。 二、检测限二、检测限 检测限是指能以适当的置信度检出的待测元素检测限是指能以适当的置信度检出的待测元素的最小浓度或最小量。的最小浓度或最小量。 火焰法中，用相对检测限表示：火焰法中，用相对检测限表示： 石墨炉法，用绝对检测限表示：石墨炉法，用绝对检测限表示： 用空白溶液，经用空白溶液，经多次重复测定所多次重复测定所得吸光度的标准得吸光度的标准偏差偏差 工作曲线斜率工作曲线斜率 置信置信因子因子 检测限指出了测定的可靠程度，是灵敏度与精检测限指出了测定的可靠程度，是灵敏度与精密度的综合。只有具有高的灵敏度和精密度时，密度的综合。只有具有高的灵敏度和精密度时，才有低的检测限。降低噪声，提高测定精密度，才有低的检测限。降低噪声，提高测定精密度，是改善检测限的有效途径。是改善检测限的有效途径。三、三、 测定条件的选择测定条件的选择1、分析线的选择、分析线的选择 通常选择元素的共振线通常选择元素的共振线（灵敏而特征）（灵敏而特征）作分析作分析线。线。如测微量如测微量Na用用589.0nm，较高浓度时则用次，较高浓度时则用次灵敏线灵敏线330.3nm。2、灯电流、灯电流l电流过大电流过大 ，灯本身发生自吸现象反而减弱发射光，灯本身发生自吸现象反而减弱发射光强度强度 ；加快灯内气体的消耗而缩短寿命；加快灯内气体的消耗而缩短寿命 ；多普勒；多普勒变宽变宽 ，工作曲线弯曲，工作曲线弯曲 ；灯光强度不稳定等；灯光强度不稳定等 。l电流过低电流过低 ，光强度小，光强度小 、稳定性及信噪比下降、稳定性及信噪比下降 。l通过实验选定适宜的工作电流。通过实验选定适宜的工作电流。 l在保证稳定和合适光强输出的情况下在保证稳定和合适光强输出的情况下 ，尽量选用，尽量选用较低的工作电流较低的工作电流 。l空心阴极灯标有允许使用的最大工作电流值。空心阴极灯标有允许使用的最大工作电流值。 3、原子化条件、原子化条件 火焰原子化：火焰原子化： 火焰类型（温度火焰类型（温度-背景背景-氧还环氧还环境）；燃助比（温度境）；燃助比（温度-氧还环境氧还环境)； 对于易生成难离解化合物的元素，如对于易生成难离解化合物的元素，如AlAl、V V、MoMo、TiTi、W W等，应选择温度高的乙炔一氧化亚氮等，应选择温度高的乙炔一氧化亚氮火焰；火焰； 对于易电离、易挥发的元素，如对于易电离、易挥发的元素，如PbPb、CdCd、ZnZn、碱金属、碱土金属等，应选用低温火焰。碱金属、碱土金属等，应选用低温火焰。 石墨炉原子化：石墨炉原子化： 升温程序的优化。具体温度升温程序的优化。具体温度及时间通过实验确定。及时间通过实验确定。4、观测高度、观测高度 调节观测高度（燃烧器高度），可使光束通过调节观测高度（燃烧器高度），可使光束通过自由原子浓度最大的火焰区，灵敏度高，观测稳自由原子浓度最大的火焰区，灵敏度高，观测稳定性好。定性好。 高度不同，化学干扰可能不同。高度不同，化学干扰可能不同。5、通带宽度、通带宽度 无邻近干扰线（如测碱及碱土金属）时，选较无邻近干扰线（如测碱及碱土金属）时，选较大的通带，大的通带， 如如Na+ 0.5nm ；反之（如测过渡及稀；反之（如测过渡及稀土金属），宜选较小通带，如土金属），宜选较小通带，如Fe3+ 0.2nm 。6、进样量、进样量 进样量过小，信号太弱；过大，对火焰会产进样量过小，信号太弱；过大，对火焰会产生冷却效应，雾化效率降低，在生冷却效应，雾化效率降低，在GFAAS中，会中，会使除残产生困难。在实际工作中，通过实验测使除残产生困难。在实际工作中，通过实验测定吸光度值与进样量的变化，选择合适的进样定吸光度值与进样量的变化，选择合适的进样量。量。4-7 原子吸收光谱法特点及应用原子吸收光谱法特点及应用 特点：特点：灵敏度高；干扰少，或易于克服；分析灵敏度高；干扰少，或易于克服；分析速度快；可测定七十多种元素。速度快；可测定七十多种元素。 不足之处：不足之处：不同元素要换用不同的灯；对于成不同元素要换用不同的灯；对于成分复杂的样品，干扰仍较严重；对某些元素如稀分复杂的样品，干扰仍较严重；对某些元素如稀土等，测定灵敏度较低；仪器比较复杂，价格较土等，测定灵敏度较低；仪器比较复杂，价格较贵。贵。原子吸收法原子吸收法吸光光度法吸光光度法定量依据定量依据L一一B定律定律同左同左仪器器组成成光源光源原子化器原子化器单色器色器检测器器光源光源单色器色器吸收池吸收池检测器器吸收吸收实质基基态原子原子分子或离子分子或离子对光源要求光源要求锐线光源光源连续光源、光源、单色器分光色器分光吸收吸收质点的分布点的分布不均匀不均匀均匀均匀灵敏度灵敏度高高低低精密度精密度略差略差稍好稍好干干扰小小大大应用范用范围小小广广仪器器结构和操作构和操作复复杂、价高、价高简单、价廉、价廉分析速度分析速度快快慢慢 原原 子子 荧荧 光光 光光 谱谱 法法 Atomic Fluorescence Atomic Fluorescence SpectrometrySpectrometry（AFSAFS）一、原理一、原理1. 原原子子荧荧光光光光谱谱的的产产生生 气气态态自自由由原原子子吸吸收收特特征征辐辐射射后后跃跃迂迂到到较较高高能能级级，然然后后又又跃跃迁迁回回到到基基态态或或较较低低能能级级。同同时时发发射射出出与与原原激激发发辐辐射射波波长长相相同同或或不不同同的的辐辐射射即即原子荧光。原子荧光。 原子荧光为原子荧光为光致发光光致发光，二次发光二次发光，激，激发光源停止时，再发射过程立即停止。发光源停止时，再发射过程立即停止。2原子荧光的类型原子荧光的类型 原子荧光分为原子荧光分为共振荧光共振荧光，非非共振荧光共振荧光与与敏化荧光敏化荧光等三种类型。等三种类型。（1）共振荧光共振荧光 气气态态原原子子吸吸收收共共振振线线被被激激发发后后，再再发发射射与与原原吸吸收收线线波波长长相相同同的的荧荧光光即即是是共共振振荧荧光光。它它的的特特点点是是激激发发线线与与荧荧光光线线的的高高低低能能级级相相同同，其其产产生过程见图（生过程见图（a）中之中之A。 如如锌锌原原子子吸吸收收213.86nm的的光光，它它发发射射荧荧光光的的波波长长也也为为213.86nm。若若原原子子受受热热激激发发处处于于亚亚稳稳态态，再再吸吸收收辐辐射射进进一一步步激激发发，然然后后再再发发射射相相同同波波长长的的共共振振荧荧光光，此此种种原原子子荧荧光光称称为为热热助助共振荧光见图共振荧光见图（a）中之中之B。（2）非共振荧光非共振荧光 当当荧荧光光与与激激发发光光的的波波长长不不相相同同时时，产产生生非非共共振振荧荧光光。非非共共振振荧荧光光又又分分为为直直跃跃线线荧荧光光、阶阶跃线荧光、跃线荧光、anti Stokes荧光。荧光。（3）敏化荧光敏化荧光 受受光光激激发发的的原原子子A与与另另一一种种原原子子B碰碰撞撞时时，把把激激发发能能传传递递给给B原原子子使使其其激激发发，后后者者再再以以辐辐射射形形式式去去激激发发而而发发射射荧荧光光即即为为敏敏化化荧荧光光。火火焰焰原原子子化化器器中中观观察察不不到到敏敏化化荧荧光光（要要求求A原原子子浓浓度很高），在非火焰原子化器中才能观察到。度很高），在非火焰原子化器中才能观察到。 在在以以上上各各种种类类型型的的原原子子荧荧光光中中，共共振振荧荧光光强度最大，最为常用。强度最大，最为常用。3. 荧光强度荧光强度 I If f = =IIa a If荧光强度荧光强度,为荧光量子效率为荧光量子效率, Ia吸收光的强度吸收光的强度.A为有效面积为有效面积, I0 为单位面积上光的强度为单位面积上光的强度, l为吸为吸收光程长收光程长,N为基态原子数为基态原子数,为峰值吸收系数为峰值吸收系数. 展开方程展开方程, 忽略高次时忽略高次时, 可得：可得： If = AI0N If = kC增加增加光源强度光源强度 I0 可以提高原子荧光分析的灵敏度。可以提高原子荧光分析的灵敏度。4 4量子效率与荧光猝灭量子效率与荧光猝灭量子效率量子效率： = = f f/A A f f 单位时间时内发射的荧光光子数单位时间时内发射的荧光光子数 A A 单位时间内吸收激发光的光子数单位时间内吸收激发光的光子数 一般小于一般小于1。荧光猝灭荧光猝灭 受受激激原原子子和和其其他他粒粒子子碰碰撞撞，把把一一部部分分能能量量变变成成热热运运动动与与其其他他形形式式的的能能量量，因因而而发发生生无无辐辐射射的去激发过程。的去激发过程。 可可用用氩氩气气来来稀稀释释火火焰焰，减减小小猝猝灭灭现现象象。最最好好采采用用氢氢火火焰焰，并并以以氩氩气气- -氧氧气气代代替替空空气气（N2、CO2、CO、H2O、OH都是荧光猝灭剂）。都是荧光猝灭剂）。二、仪器二、仪器 原子荧光光度计分为原子荧光光度计分为非色散型非色散型和和色散型色散型。这。这两类仪器的结构基本相似，只是单色器不同。两类仪器的结构基本相似，只是单色器不同。 原子荧光光度计与原子吸收光度计在很多组原子荧光光度计与原子吸收光度计在很多组件上是相同的。如原子化器（火焰和石墨炉）；件上是相同的。如原子化器（火焰和石墨炉）；用切光器及交流放大器来消除原子化器中直流发用切光器及交流放大器来消除原子化器中直流发射信号的干扰；检测器为光电倍增管等。射信号的干扰；检测器为光电倍增管等。 光源光源也可以是连续也可以是连续光源如高压光源如高压Xe弧灯弧灯原子化器原子化器反光镜反光镜单色器单色器检测器检测器 原子荧光光度计与原子吸收光度计的主原子荧光光度计与原子吸收光度计的主要区别：要区别： 1.1.光源光源 需要采用强光源。商品仪器中多采用高强度空需要采用强光源。商品仪器中多采用高强度空心阴极灯、无极放电灯两种。心阴极灯、无极放电灯两种。（1）高强度空心阴极灯 高强度空心阴极灯特点是在普通空极阴极灯中，加上一对辅助电极。辅助电极的作用是产生第二次放电，从而大大提高金属元素的共振线强度（对其它谱线的强度增加不大）。（2）无极放电灯 无极放电灯比高强度空心阴极灯的亮度高，自吸小寿命长。特别适用于在短波区内有共振线的易挥发元素的测定。2. 光路光路 在原子荧光中，为了检测荧光信号，避免待测元素在原子荧光中，为了检测荧光信号，避免待测元素本身发射的谱线，要求光源、原子化器和检测器三者处本身发射的谱线，要求光源、原子化器和检测器三者处于直角状态。而原子吸收光度计中，这三者是处于一条于直角状态。而原子吸收光度计中，这三者是处于一条直线上。直线上。3.色散系统色散系统 色散型。色散元件是光栅。色散型。色散元件是光栅。 非色散型。非色散型用滤光器来分离分析线和非色散型。非色散型用滤光器来分离分析线和邻近谱线，可降低背景。邻近谱线，可降低背景。4、原子吸收光谱法常用缝式火焰，以增大原子蒸气的、原子吸收光谱法常用缝式火焰，以增大原子蒸气的厚度；而原子荧光光谱法则用方形或圆形截面火焰，以厚度；而原子荧光光谱法则用方形或圆形截面火焰，以便更容易被激发辐射照射。便更容易被激发辐射照射。三、定量分析方法三、定量分析方法（一）定量分析方法（一）定量分析方法 标准曲线法标准曲线法（二）干扰及消除（二）干扰及消除 原子荧光的主要干扰是猝灭效应。这种干扰原子荧光的主要干扰是猝灭效应。这种干扰可采用减少溶液中其它干扰离子的浓度。可采用减少溶液中其它干扰离子的浓度。 其它干扰因素如光谱干扰、化学干扰、物理其它干扰因素如光谱干扰、化学干扰、物理干扰等与原子吸收光谱法相似。干扰等与原子吸收光谱法相似。 四、原子荧光光谱法的特点四、原子荧光光谱法的特点（1 1）高灵敏度、低检出限。）高灵敏度、低检出限。 特别对特别对CdCd、ZnZn等元素有相当低的检出限，等元素有相当低的检出限，CdCd 可可达达0.001ng.cm0.001ng.cm-3-3、ZnZn为为0.04ng.cm0.04ng.cm-3-3。由于由于原子荧光的辐射强度与激发光源成比例，采用原子荧光的辐射强度与激发光源成比例，采用新的高强度光源可进一步降低其检出限。新的高强度光源可进一步降低其检出限。（2 2）谱线简单、干扰少。）谱线简单、干扰少。可以制成非色散原子可以制成非色散原子荧光分析仪。这种仪器结构简单，价格便宜。荧光分析仪。这种仪器结构简单，价格便宜。（3 3）标准曲线线性范围宽，可达）标准曲线线性范围宽，可达3-53-5个数量级。个数量级。（4 4）多元素同时测定。）多元素同时测定。因为原子荧光是向空间因为原子荧光是向空间各个方向发射的，比较容易制作多道仪器，因各个方向发射的，比较容易制作多道仪器，因而能实现多元素同时测定。而能实现多元素同时测定。 虽然原子荧光法有许多优点，但由于荧光猝虽然原子荧光法有许多优点，但由于荧光猝灭效应，以致在测定复杂基体的试样及高含量样灭效应，以致在测定复杂基体的试样及高含量样品时，尚有一定的困难。此外，散射光的干扰也品时，尚有一定的困难。此外，散射光的干扰也是原子荧光分析中的一个麻烦问题是原子荧光分析中的一个麻烦问题（由于光源的由于光源的强度比荧光强度高几个数量级）强度比荧光强度高几个数量级）。 因此，原子荧光光谱法在应用方面不及原子因此，原子荧光光谱法在应用方面不及原子吸收光谱法和原子发射光谱法广泛，但可作为这吸收光谱法和原子发射光谱法广泛，但可作为这两种方法的补充。目前主要用于两种方法的补充。目前主要用于Cd、Zn、Hg、 As、 Sb、 Sn、 Pb、 Ga、 In、 Tl 等元素分析。等元素分析。五、化学蒸气发生原子荧光分析技术五、化学蒸气发生原子荧光分析技术 （CVG-AFS) ) 将氢化物进样技术和原子荧光光谱技术相结合将氢化物进样技术和原子荧光光谱技术相结合（HG-AFS），如砷的测定。），如砷的测定。 氢化法是原子荧光光谱法中的重要分析方法，主氢化法是原子荧光光谱法中的重要分析方法，主要用于易形成氢化物的金属，如砷、锑、铋、硒、碲、要用于易形成氢化物的金属，如砷、锑、铋、硒、碲、锡、锗和铅等。锡、锗和铅等。 氢化法是以氢化法是以强还原剂硼氢化钠强还原剂硼氢化钠在在酸性介质酸性介质中与待中与待测元素反应，生成测元素反应，生成气态的氢化物气态的氢化物后，再引入原子化器后，再引入原子化器中进行分析。中进行分析。 汞和镉生成冷蒸气也可用该测试系统进行测定汞和镉生成冷蒸气也可用该测试系统进行测定, 氯化物氯化物发生体系可进行发生体系可进行Ge等的测定。从此该技术由原来的等的测定。从此该技术由原来的HG-AFS拓展为拓展为CVG-AFS。 由于硼氢化钠在弱碱性溶液中易于保存，使用方便，由于硼氢化钠在弱碱性溶液中易于保存，使用方便，反应速度快，且很容易地将待测元素转化为气体，所以反应速度快，且很容易地将待测元素转化为气体，所以在原子荧光光谱法中得到广泛的应用，成为食品、环在原子荧光光谱法中得到广泛的应用，成为食品、环境、医药、农业产品、轻工产品及矿产品中境、医药、农业产品、轻工产品及矿产品中As、Pb、Hg、Se、Cd等元素分析的国家标准方法。等元素分析的国家标准方法。CVG-AFS技术的特点技术的特点灵敏度高、检出限低。被测定的灵敏度高、检出限低。被测定的11个元素的检出限可达到个元素的检出限可达到10-1010-13水平。水平。 精密度好，一般精密度好，一般RSD1%。 线性范围宽，可达到线性范围宽，可达到34个数量级。个数量级。 分析元素与基体有效分离，光谱和化学干扰少。分析元素与基体有效分离，光谱和化学干扰少。 适用于适用于As、Sb、Bi、Hg、Se、Te、Sn、Ge、Pb、Zn、Cd 11个元素的个元素的测定。测定。 可以进行两个可以进行两个/34个元素同时测定。个元素同时测定。 易于和易于和HPLC、GC、FIA等技术联用，实现在线和形态分析。等技术联用，实现在线和形态分析。 完全实现了自动化。完全实现了自动化。 仪器结构简单，不需要额外的燃气，仪器成本及运行费用低。仪器结构简单，不需要额外的燃气，仪器成本及运行费用低。CVG-AFS分析过程中的影响因素分析过程中的影响因素（1）酸度；）酸度；（2）还原剂浓度；）还原剂浓度；（3）价态的影响；）价态的影响；（4）载气流速；）载气流速；（5）屏蔽气流速；）屏蔽气流速；（6）炉高。）炉高。（1）酸种类及酸度的影响）酸种类及酸度的影响 不同的酸种类和酸的浓度有很大的影响，因不同的酸种类和酸的浓度有很大的影响，因此在实际样品分析中首先要考虑每个元素测定的此在实际样品分析中首先要考虑每个元素测定的最佳酸类型和酸度。下表列出了最佳酸类型和酸度。下表列出了11个可用个可用CVG-AFS法测定元素的最适宜酸浓度。法测定元素的最适宜酸浓度。各元素的可选择酸及酸度范围各元素的可选择酸及酸度范围元素元素酸种类酸种类浓度浓度mol/ L元素元素酸种类酸种类浓度浓度mol/ LAsHCl, H2SO40.56PbHCl, HClO40.2SbHCl, H2SO40.56SnH2SO4,酒石酸酒石酸0.4 /PH=1.3BiHCl, HNO30.56ZnHCl0.12SeHCl0.56CdHCl0.20.3TeHCl0.56HgHNO3,HCl0.21GeH3PO4+H2SO43.5P+1S考虑样品酸浓度时要注意的事项考虑样品酸浓度时要注意的事项: :(1) 首先明确样品的基体首先明确样品的基体, 如果样品基体特别简单如果样品基体特别简单,则在分析过程中则在分析过程中在在 各元素允许酸度范围内选择较低的酸浓度各元素允许酸度范围内选择较低的酸浓度,这样有利于降低试剂这样有利于降低试剂 空白空白,节约成本及减小对仪器的腐蚀节约成本及减小对仪器的腐蚀;(2) 如果分析元素的成份复杂如果分析元素的成份复杂,特别是含有对氢化反应构成干扰的元特别是含有对氢化反应构成干扰的元 素素 Cu, Co, Ni等时等时,则适当增大样品酸度则适当增大样品酸度,有利于降低干扰有利于降低干扰.当然也当然也 可更换酸的种类可更换酸的种类,例如测定镍基合金中的例如测定镍基合金中的Se,As等元素时等元素时,用酒石酸用酒石酸, 柠檬酸等有机酸柠檬酸等有机酸,可以使干扰元素的量明显提高。可以使干扰元素的量明显提高。（2） 还原剂的影响还原剂的影响 还原剂在氢化物发生原子荧光分析中扮演三重角色还原剂在氢化物发生原子荧光分析中扮演三重角色:(1) 作为还原剂作为还原剂,为元素发生氢化反应提供新生态氢为元素发生氢化反应提供新生态氢(H);(2) 与酸反应生成氢气与酸反应生成氢气, 在石英炉原子化器出口形成在石英炉原子化器出口形成Ar-H2-O2火焰火焰, 提供原子提供原子化阶段的能量化阶段的能量;(3) 提供充分的氢自由基提供充分的氢自由基,促使氢化物的原子化促使氢化物的原子化.因此因此: 如果在测定过程中还原剂的浓度太低如果在测定过程中还原剂的浓度太低,则则(1),(3)不完全不完全,测定灵敏度低测定灵敏度低;如如果果还原剂浓度太大还原剂浓度太大,则生成大量则生成大量H2, 炉口的火焰很大炉口的火焰很大, 稀释了原子化区的分析元稀释了原子化区的分析元素素原子的浓度原子的浓度,使测定灵敏度下降使测定灵敏度下降.选择还原剂浓度时要考虑的几点选择还原剂浓度时要考虑的几点还原剂必需在碱性溶液中配制还原剂必需在碱性溶液中配制;还原剂最好现用现配还原剂最好现用现配;还原剂浓度不宜过高还原剂浓度不宜过高,浓度太高时浓度太高时: (1)过渡金属的干扰会明显增加过渡金属的干扰会明显增加; (2) 测定灵敏度下降测定灵敏度下降; (3)仪器背景波动明显仪器背景波动明显; (4) 造成不必要的浪费造成不必要的浪费.（3） 各元素价态对测定的影响各元素价态对测定的影响元素元素最佳价态最佳价态元素元素最佳价态最佳价态As+3Sn+4Sb+3Pb+4Se+4Hg+2Te+4Cd+2Bi+3Zn+2Ge+4（4） 载气流速对测定的影响载气流速对测定的影响 在在HG-AFS测定时，通常以高纯测定时，通常以高纯Ar气作为载气。气作为载气。主要主要作用是将产生的气态氢化物或冷原子带入原子化器。载作用是将产生的气态氢化物或冷原子带入原子化器。载气流速太小，会使氢化物在传输过程中发生吸附、分解气流速太小，会使氢化物在传输过程中发生吸附、分解等现象而导致测定灵敏度下降；相反，载气流速太大，等现象而导致测定灵敏度下降；相反，载气流速太大，则会将分析元素的原子迅速带出原子化器，冲稀了原子则会将分析元素的原子迅速带出原子化器，冲稀了原子化区的原子浓度，使测定灵敏度下降。其中化区的原子浓度，使测定灵敏度下降。其中Sb的最佳载的最佳载气流速为气流速为200 300 ml/min；Cd为为600 800 ml/min；As、Se、Te、Bi等其它元素为等其它元素为400 500 ml/min。（5） 屏蔽气流速对测定的影响屏蔽气流速对测定的影响 在在HG-AFS测定时，通常以高纯测定时，通常以高纯Ar气作为屏蔽气。气作为屏蔽气。主要作用是在原子化区将周围的空气隔离，降低原子主要作用是在原子化区将周围的空气隔离，降低原子荧光猝灭现象。荧光猝灭现象。 屏蔽载气流速太小，荧光猝灭效应显著，测定灵屏蔽载气流速太小，荧光猝灭效应显著，测定灵敏度下降；屏蔽气流速太大，冲稀了原子化区的原子敏度下降；屏蔽气流速太大，冲稀了原子化区的原子浓度，使测定灵敏度下降。其中浓度，使测定灵敏度下降。其中Sb的最佳载气流速为的最佳载气流速为400ml/min；其它元素在；其它元素在900 1000 ml/min。（6） 炉高对测定的影响炉高对测定的影响 炉高太高或太低，荧光的激发区在火焰根部炉高太高或太低，荧光的激发区在火焰根部或顶部，会使测定噪音增大，信噪比下降，测定或顶部，会使测定噪音增大，信噪比下降，测定精密度和灵敏度下降。精密度和灵敏度下降。 通常情况下选择观测高度为通常情况下选择观测高度为68 mm。