原子熒光技術發展簡史

2019-06-20 09:27:52 1847閱讀次數

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原子熒光光譜法(AFS)是原子光譜法中的一個重要分支。在19世紀后期和20世紀初期，物理學家就研究過原子熒光（atomic fluorescence，AF）現象，他們觀察到了在加熱的容器和火焰中一些元素（如Na、Hg、Cd、Tl）所發出的熒光。從1956年開始，Alkemade用原子熒光研究了火焰中的物理和化學過程，并于1962年建議將AF用于化學分析。1964年，Winefordner和Vickers提出并論證AF火焰光譜法可作為一種新的分析方法。1964年后，特別是美國的Winefordner小組和英國的West小組對AFS進行了廣泛的研究和改進。

至今，AFS已經發展了四十多年，原子熒光光譜法(AFS)是介于原子發射光譜法(AES)和原子吸收光譜法(AAS)之間的光譜分析技術，它的基本原理是：基態原子吸收合適的特定頻率的光輻射而被激發至高能態，高能態原子不穩定在去活化的過程中以光輻射的形式發射出具有特征波長的熒光。就AFS技術本身而言，它具有AES和AAS兩種技術的優點，同時又克服了兩種方法的不足。AFS的特點：（1）譜線簡單：僅需一般的分光光度計，甚至可以用濾光片等進行簡單分光或用日盲光電倍增管直接測量。（2）靈敏度高，檢出限低。（3）適合于多元素同時分析。

在AFS技術發展的前期，所使用的激發光源一般為蒸氣燈，氙弧燈和無極放電燈，原子化器一般為火焰（如乙炔焰、氬-氫焰等）原子化器。當時儀器多采用直流檢測系統，所以不得不對熱輻射等干擾進行補償，限于激發源的強度和原子化器的效率以及其他干擾，很難得到令人滿意的檢出水平，并未得到人們的廣泛重視和應用，因此發展緩慢。

在二十世紀七十年代末期，由于高強度空芯陰極燈（HCL），激光器及各種GX原子化器（如電感耦合等離子原子化器ICP，無火焰原子化器等）在AFS技術中的使用，使AFS技術得到了很大的發展。對于某些元素來講，若以激光為激發源，即使使用火焰為原子化器也能得到同電熱原子化器AAS相近的靈敏度，而一旦將激光器與電熱原子化器相結合，一些元素的檢出限已可以達到fg級（femto gram，10-15g），這已使AFS技術成為可以在技術領域中應用的先進分析技術。

同時，高強度空芯陰極燈與ICP結合的AFS技術已得到了人們的重視，并有商品儀器出現（如Baird Co. AFS-2000）。由于ICP具有很高的原子化效率，很少有散射現象，加之由于高溫可以使激發態原子進一步離子化，又為開發新的離子熒光光譜打下了基礎，在ICP發射光譜中經常遇到譜線重疊干擾等問題，也可由AFS技術的出現而得以克服，從而使諸如稀土分析等應用問題得以解決。

把氫化物發生(HG)與AFS結合是一種具有很大實用價值的分析技術，這是因為氫化物可以在氬-氫焰中得到很好的原子化，而氬-氫焰本身又具有很高的熒光效率以及較低的背景，這些因素的結合使得采用簡單的儀器裝置即可得到很好的檢出限，早在二十世紀七十年代末，英國的Kirkbright，Thompison等人就已開展了這方面的研究，但從實用角度講，他們的工作有兩大不足：（1）未能解決鉍的光譜干擾問題，從而限制了它的實際應用，（2）需要大量的氫氣和氬氣，分析速度慢，分析成本高。

在ZG，我公司總工郭小偉教授等人亦開展了這方面的研究，他們以溴化物無極放電燈作光源成功地解決了鉍的光譜干擾問題，使之運用于像地球化探樣品這種復雜的實際樣品分析，其次是利用氫化物發生所產生的氫氣，使之在電熱石英爐中形成氫焰，氫氣用量大幅度下降，從而使氫化物發生-原子熒光光譜法(HG-AFS)成為實用性很強的GX低耗分析技術，但是由于無極放電燈的壽命短，光源不穩定，對其的應用造成了一定的影響，此后，郭小偉教授與劉明忠教授等人共同研制了高性能空芯陰極燈及其供電方法，它大大的提高了光源的穩定性，使原子熒光光譜的測定范圍進一步擴大，應當講，HG-AFS術是具有ZG特色的分析技術。郭小偉教授與劉明忠教授等人為原子熒光技術的推廣做出了巨大的貢獻。

九十年代中期，郭小偉教授帶領我公司研發部人員對小火焰原子熒光光譜技術進行了大量的研究，使得一些很難生成氫化物的元素（如： Au、Ag、Cu、Co、Ni等）也可以應用原子熒光光譜技術進行測定，通過對多項我公司自行研制的ZL產品的應用，使Au、Ag、Cu的檢出下限明顯優于火焰原子吸收法，可與石墨爐原子吸收法相媲美。

基于以上研究成果，我公司在郭小偉教授的帶領下研制開發了SK系列原子熒光光譜儀，它采用火焰法與氫化物發生法聯用技術，使火焰原子熒光光譜法與氫化物發生原子熒光光譜法的裝置有機的結合，使測量的元素更多，檢測更為方便，儀器裝置更為簡便，為原子熒光光譜技術的發展做出了較大貢獻。

火焰原子熒光光譜儀