第七章原子荧光光谱法

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( 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。

原子荧光光谱法的基本原理1.激发：在原子荧光光谱法中，样品首先通过电热或激光等方法被激发到高能级。

2.脱激：激发态的原子由于能级不稳定会迅速退回到稳定的低能级上。

在这个过程中，原子释放出能量。

3.荧光：退回过程中释放出的能量转化为荧光，即在可见或紫外光谱范围内的辐射。

4.探测：激发和荧光辐射的波长可以通过荧光光谱仪测量和记录下来。

1.光源：原子荧光光谱法使用与样品中元素特征光谱线匹配的激发光源。

激发光源可以是电热元件、激光或灯泡等。

2.样品制备：样品可为固态、液态或气态，根据样品的物理性质采用相应的样品制备方法，如固态样品需研磨成细粉末。

3.激发：将制备好的样品与激发光源接触，使样品中的元素被激发到高能级。

4.脱激：激发的原子通过自发脱激等机制退回到稳定的低能级，并释放出能量。

5.荧光辐射：退回过程中释放出的能量转化为荧光辐射，其波长位于可见或紫外范围内。

6.光谱检测：荧光辐射经过荧光分光仪后，可通过单光子计数器测量并记录下来。

7.数据处理：通过比较测得的荧光光谱与标准样品的光谱，可以确定样品中各元素的存在和含量。

1. 高灵敏度：原子荧光光谱法对大多数元素具有较高的灵敏度，可以检测到低至ppb甚至ppt级别的微量元素。

2.高选择性：原子荧光光谱法可以选择性地测量元素的荧光辐射，不受样品基质的影响，适用于复杂基质的分析。

3.宽线性范围：原子荧光光谱法在不同元素的不同浓度范围内都有较好的线性关系。

可以在宽范围内测量元素的含量。

4.快速分析：原子荧光光谱法测量速度快，可实现快速和高通量的分析。

5.多元素分析：原子荧光光谱法可以同时测量多个元素的含量，高效和经济。

虽然原子荧光光谱法具有许多优点，但也存在一些限制，如仅能测量低至ppb级别的元素含量，并且对氢、氧等低原子序数元素的检测灵敏度较低。

总之，原子荧光光谱法是一种非常有用的分析技术，广泛应用于环境、化学、生物等领域中，可用于元素的定性和定量分析。

原子荧光光谱法原理
原子荧光光谱法是一种用于定量分析元素的分析技术。

它基于原子在受激激发的情况下发射特定波长的荧光光谱的原理。

原子荧光光谱法利用光源对样品中的原子进行激发。

当原子从基态转变为激发态时，它们会吸收入射光的能量。

随后，原子会从激发态返回基态，并发射出与其原子结构和能级差相关的特定波长的荧光光谱。

对荧光光谱进行测量和分析可以提供关于样品中存在的元素的信息。

每种元素都有其特定的荧光光谱，这使得可以通过测量荧光光谱来确定样品中元素的存在和浓度。

原子荧光光谱法的分析过程通常涉及以下步骤：
1. 准备样品：将样品制备成可满足荧光光谱测量条件的形式，例如溶液或固体样品的溶解。

2. 光源激发：使用合适的光源来激发样品中的原子，通常是使用强度足够的波长适当的光源。

3. 荧光光谱测量：测量样品荧光光谱的波长和强度。

光谱仪通常用于高分辨率地记录荧光光谱。

4. 分析和定量：通过比较样品的荧光光谱与标准样品的光谱，可以确定样品中元素的存在和浓度。

采用原子荧光光谱法的优点包括高灵敏度、较低的检测限、宽线性范围和多元素分析能力。

它广泛应用于各种行业，包括环境、食品、药物和矿产等领域的元素分析。

原子荧光光谱法原子荧光光谱法一、概述原子荧光光谱法是一种专门用于分析原子的物质结构和组成的方法。

该方法利用了原子的特性发射出特定波长的光线来进行分析，具有高灵敏度和精确度等优点。

它广泛应用于化工、冶金、电子、环保等领域中。

二、工作原理原子荧光光谱法的工作原理是将待检物样品进入火焰或等离子体中加热到极高温度，使其中原子被激发到激发态，然后随着原子的自发跃迁，从激发态跃迁回基态时，发出一定波长的特定光线，通过仪器检测出这些发射光谱，再进行计算和分析得到样品中元素成分的定量分析结果。

三、操作流程1.准备样品：将待分析物质制成高纯度的化合物或纯金属样品。

2.样品预处理：将样品加入溶剂中，加热或酸化等方式使其转变成原子迹状态。

3.样品的雾化：将样品雾化成细小的颗粒，通过进一步的气体等离子体激励，使得原子处于激发态。

4.测量光谱：通过分光仪等仪器测量样品中元素特征光谱，得出样品元素成分的信息。

5.结果分析：根据光谱结果，采用定量方法对待分析物质的成分进行分析和计算，获得定量分析结果。

四、应用领域原子荧光光谱法适用于分析大量金属元素，可用于纯金属、杂质金属等检测。

它被广泛应用于冶金、化工、电子、环保等领域。

比如用于水质、土壤、废水等环保领域的检测，能够检测出其中的重金属元素，为环保工作提供有力的技术保障。

五、存在的问题尽管原子荧光光谱法在分析中具有很大的优势，在实际应用中仍然存在一些问题。

比如由于仪器灵敏度限制，使用样品的环境也会对结果产生影响。

此外，样品的制备过程也会对结果产生重要影响。

对于不同样品的处理方法还需进一步研究。

综上所述，原子荧光光谱法是一种非常重要的化学分析方法，应用广泛。

在实际操作和结果分析时，需要注意一些问题。

未来，我们需要根据实际的样品情况，不断地改进研究方法，提高分析的准确性和可靠性。

教案（七）开课单位：化学化工学院课程名称：分析化学专业年级：2008级化学专业任课教师：杨季冬/牛卫芬教材名称：分析化学（下）2010-2011学年第1 学期第一节概述早在1802年，渥朗斯顿在研究太阳的光谱时，就惊奇地发现了太阳的连续光谱中出现了无法解释的暗线。

1820年，布鲁斯特认为这些谱线是由于太阳外围的大气圈对太阳光的吸收而产生的。

1860年，本生和克希荷夫在研究金属的火焰光谱时，发现钠原子蒸气发出的光通过温度较低的钠原子蒸气时，就会产生钠谱线的吸收，并且吸收谱线的位置正好和太阳光谱中的D暗线重合。

这就用实验的手段证实了太阳光谱中的D 暗线，正是由于太阳大气圈中的钠原子对太阳光谱中的钠辐射产生吸收的结果。

这是人类第一次认识到原子吸收现象。

直到1955年，才由澳大利亚物理学家瓦尔西首先提出利用原子吸收现象，可以对某些金属元素进行分析。

从此以后，原子吸收光谱法就逐渐成为一种强有力的分析手段，出现在现代仪器分析的行列中。

1 特点：（1）检出限低，10-10～10-14 g；（2）准确度高，1%～5%；（3）选择性高，一般情况下共存元素不干扰；（4）应用广，可测定70多个元素。

2 缺点：难熔元素、非金属元素测定困难，不能进行多元素同时测定。

第二节原子吸收光谱法的原理原子吸收光谱法是基于被测元素基态原子在蒸气状态对其原子共振辐射的吸收进行元素定量分析的方法。

基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。

原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。

在通常的原子吸收测定条件下，原子蒸气中基态原子数近似等于总原子数。

在原子蒸气中（包括被测元素原子），可能会有基态与激发态存在。

根据热力学的原理，在一定温度下达到热平衡时，基态与激发态的原子数的比例遵循Boltzman分布定律。

N i / N0 = g i / g0exp(- E i / kT)N i与N0分别为激发态与基态的原子数；g i / g0为激发态与基态的统计权重，它表示能级的简并度；T为热力学温度；k为Boltzman常数；E i为激发能。

原子荧光光谱法(afs)这一周我们继续推送各种分析方法的干货知识，今天推送的是有关原子荧光光谱的内容。

按照惯例，我们先来看看纲要——一概述二基本原理三仪器结构四应用情况下面，让我们开始今天的学习吧！一概述原子荧光光谱法（AFS）是一种痕量分析技术，是原子光谱法中的一个重要分支。

是介于原子发射光谱法(AES)和原子吸收光谱法(AAS)之间的光谱分析技术，所用仪器及操作技术与原子吸收光谱法相近。

（一）AFS的发展历程•1859年开始原子荧光理论的研究•1902年首次观察到钠的原子荧光•1962年提出将原子荧光用于化学分析•1964年得出原子荧光的基本方程式•1964年对Zn、Cd、Hg进行了原子荧光法的分析•1974年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）（二）AFS在我国的发展•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；•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；•1983年郭小伟等研制了双通道原子荧光光谱仪，后将技术转让给北京地质仪器厂，即现在的海光仪器公司，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。

在此后的20多年中，郭小伟等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HG-AFS技术领域处于国际领先地位。

（三）我国在AFS的主要突破•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；•利用氢化物发生所产生的氢气使之在电热石英炉口形成氢氩小火焰作为原子化器，从而使整个装置简单实用；•将高强度脉冲供电空心阴极灯成功地用于作AFS光源，解决了无极放电灯制作工艺不完善和调谐困难等对使用带来的不便；•将流动注射（FIA）技术、断续流动注射技术与AFS联用开创了FIA-AFS全自动分析，并研制开发出全自动原子荧光光谱仪。

第七章原子吸收与原子荧光光谱法1．解释下列名词：（1）原子吸收线和原子发射线；（2）宽带吸收和窄带吸收；（3）积分吸收和峰值吸收；（4）谱线的自然宽度和变宽；（5）谱线的热变宽和压力变宽；（6）石墨炉原子化法和氢化物发生原子化法；（7）光谱通带；（8）基体改进剂；（9）特征浓度和特征质量；（10）共振原子荧光和非共振原子荧光。

答：（1）原子吸收线是基态原子吸收一定辐射能后被激发跃迁到不同的较高能态产生的光谱线；原子发射线是基态原子吸收一定的能量（光能、电能或辐射能）后被激发跃迁到较高的能态，然后从较高的能态跃迁回到基态时产生的光谱线。

（2）分子或离子的吸收为宽带吸收；气态基态原子的吸收为窄带吸收。

（3）积分吸收是吸收线轮廓的内的总面积即吸收系数对频率的积分；峰值吸收是中心频率ν0两旁很窄（dν= 0）范围内的积分吸收。

（4）在无外界条件影响时，谱线的固有宽度称为自然宽度；由各种因素引起的谱线宽度增加称为变宽。

（5）谱线的热变宽是由原子在空间作相对热运动引起的谱线变宽；压力变宽是由同种辐射原子间或辐射原子与其它粒子间相互碰撞产生的谱线变宽，与气体的压力有关，又称为压力变宽。

（6）以石墨管作为电阻发热体使试样中待测元素原子化的方法称为石墨炉原子化法；反应生成的挥发性氢化物在以电加热或火焰加热的石英管原子化器中的原子化称为氢化物发生原子化法。

（7）光谱通带是指单色器出射光束波长区间的宽度。

（8）基体改进剂是指能改变基体或被测定元素化合物的热稳定性以避免化学干扰的化学试剂。

（9）把能产生1％吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测定元素的质量浓度定义为元素的特征浓度；把能产生1％吸收或产生0.0044吸光度时所对应的被测定元素的质量定义为元素的特征质量。

（10）共振原子荧光是指气态基态原子吸收的辐射和发射的荧光波长相同时产生的荧光；气态基态原子吸收的辐射和发射的荧光波长不相同时产生的荧光称为非共振原子荧光。

原子荧光光谱法的基本原理
该方法的基本原理如下：
1.荧光发射：当原子受到能量激发时，其外层电子会向更高能级跃迁。

在跃迁回基态的过程中，会释放出能量并发射光子，即发出荧光。

荧光的
能量与原子的能级差相关，不同的元素有不同的能级差，因此它们发出的
荧光具有特定的波长和能量。

2.荧光激发：为了使原子发出荧光，需要将其能级激发到较高的能态。

一种常用的方法是使用光源来照射待测物质，光源的能量可以与物质中的
电子能级相匹配。

当光源照射到物质中时，一部分光子能量会被物质吸收，使得物质中的电子跃迁到激发态。

3.能级跃迁：激发态的原子在短暂的时间内会停留在激发态，然后通
过辐射跃迁、非辐射跃迁或共振能量传递的方式回到基态。

这过程中发出
的荧光具有特定的波长和能量。

4.荧光检测：荧光的波长和强度可以通过光谱仪来测量。

光谱仪通常
包括一个入射光源、一个分光装置和一个荧光检测器。

它的工作原理是将
不同波长的荧光光子分离并检测。

通过测量荧光的波长和强度，可以确定
物质中的元素种类和含量。

1. 灵敏度高：原子荧光光谱法可以检测到微量的元素，灵敏度比其
他分析方法高，可以达到ppb（十亿分之一）至ppt（万亿分之一）级别。

2.特异性强：每种元素所发射的荧光光谱具有特定的波长和能量，因
此可以对物质中的不同元素进行准确的定性和定量分析。

3.成分宽泛：原子荧光光谱法适用于多种不同的样品类型，包括液体、固体和气体。

4.分析速度快：原子荧光光谱法对样品处理的要求较低，操作简便，
分析速度相对较快。

原子荧光光谱法定量
原子荧光光谱法（Atomic Fluorescence Spectroscopy，AFS）是一种用于定量分析的光谱技术，通常用于检测和测定液体样品中的金属元素。

下面是使用原子荧光光谱法进行定量分析的一般步骤：
1.样品制备：收集待测样品，必要时对样品进行前处理，以确保
合适的样品状态和浓度范围。

2.原子化：将样品中的金属元素原子化。

这通常通过火焰、电感
耦合等离子体（ICP）、石墨炉等手段来实现。

原子化的目的是将金属元素从其化合物中转化为自由的原子态。

3.激发和发射：通过使用激发源（通常是辐射源，如光源或激光）
激发原子的电子，导致金属原子发射荧光辐射。

每个金属元素都有独特的光谱线，这些光谱线可以用于唯一地识别和测定该元素。

4.分析光谱：通过使用荧光光谱仪测量发射的荧光光谱。

光谱中
的荧光峰的强度与样品中金属元素的浓度成正比。

5.制备标准曲线：使用一系列已知浓度的金属元素标准溶液，绘
制标准曲线。

这将用于将光谱信号转换为元素浓度。

6.定量分析：将样品中的光谱信号与标准曲线进行比较，从而确
定样品中金属元素的浓度。

7.质量控制：进行质量控制，确保分析的准确性和可靠性。

这包
括使用质控样品、重复分析等。

原子荧光光谱法的优势在于其高灵敏度、选择性和多元素分析能
力。

然而，需要注意的是，对于不同元素，可能需要调整光谱测量条件，并考虑矩阵效应等因素。