原子荧光光谱仪的原子化器
与原子吸收光谱法相类似,在原子荧光光谱法中采用的原子化器主要可分为火焰原子化器以及电热原子化器两大类。对于原子荧光法来说,对原子化器的要求主要有:
① 高原子化效率;
② 低背景发射;
③ 高荧光量子效率;
④ 低散射效应;
⑤ 物理及化学干扰少;
⑥ 适合于多元素同时分析。
只有符合前三项要求者才能获得良好的检出限;而只有同时还具备(d),(e),(f)三项者才有实用价值。因此,原子荧光法的原子化器应当按照原子荧光的特点来设计,不要完全套用原子吸收法所用的原子化器。目前,常用的荧光法原子化器分述如下。
(a)火焰原子化器
火焰原子化器由于其结构简单,使用方便而受欢迎。但原子吸收法中常用的空气-乙炔焰由于有下列燃烧反应而产生难以忽视的发射背景。乙炔在空气中的燃烧产物也含有大量的荧光猝灭分子,因此,在空气-乙炔焰中很难得到满意的检出限。氩-氢焰是一个背景发射很低的火焰,最近重新引起人们的注意,在此火焰中荧光量子效率较高,不少重要的常见元素在此火焰中均有较好的检出限,其缺点为火焰温度较低,只适合于易原子化元素的测定,而且有可能产生散射干扰。在各元素的最佳检出限中,约有的17%是用火焰原子化器得到的。
(b)高频电感藕合等离子体及其它等离子体
80 年代初期,高频电感祸合等离子焰( ICP )开始被用作原子荧光光谱法的原子化器。它的主要优点为:
① 高原子化温度及效率;
② 几乎没有散射以及化学干扰;
③ 高荧光量子效率。
④ 适合于大多数元素。
由于在等离子体中的温度很高,多数元素可电离为离子态,因此可以进行离子荧光的测定。目前在商品仪器中已采用高频电感耦合等离子体作为原子化器,由于其炬管结构与原子发射光谱分析用的近似,因而耗气量较大,运转费用还嫌太高。统计表明圈,在各元素的最佳检出限中,有约占47 % 是用ICP 作为原子化器的。另外,微波诱导等离子焰(MIP)消耗气量甚低,应当注意这方面的研究动向。直流等离子焰也曾被用作原子荧光法的原子化器,但由于其结构不适合于做多元素分析,目前所得到的检出限也比较一般,估计很难有发展前途。总而言之,等离子焰是目前原子荧光分析较为理想的原子化器,如在操作费用以及工作的可靠性方面有所改进,则今后有可能成为商品仪器的首选原子化器。
(c)电热原子化器
与原子吸收法相似,在原子荧光法中也采用电热原子化器。最常用的电热原子化器为石墨炉。由于原子吸收法所用的石墨管一般均为管状结构,这种结构不太适合于原子荧光法的要求(例如光路安排,多元素测定等),因而,必须根据需要,在结构的改变及荧光波长的选用上加以考虑。尽管如此,统计表明,在各元素的最佳检出限中,大约有30%是用石墨炉原子化器得到的。利用高熔点金属片或丝(例如钽、钨片或丝)也可作为原子荧光法的电热原子化器,由于其结构简单,在某些简易仪器上可以考虑使用。
(d)汞及可形成氢化物元素用原子化器
近年来,由于环保工作的需要,汞及砷等有毒元素的测定引起了人们极大的关注。通过在溶液中与某些还原剂反应,汞可以被还原并成为原子状态,通过载气流将其带入特殊设计的原子化器(称为冷原子蒸气池),在不需加热的情况下即可进行原子荧光测定。尽管在原理上来看,这种原子化器只要是一根玻璃或石英管即可,实际上,不同的材料、结构、以及尺寸均会影响到所得到的检出限,因而在设计时仍需仔细考虑。利用硼氢化钠在溶液中与可形成氢化物元素(这一类元素包括砷、锑、铋、硒、碲、锡、铅、锗等与环保有关的重要元素)反应可以形成在室温下为气态的挥发性化合物,即氢化物。用载气将氢化物带入特殊设计的原子化器中即可进行原子荧光测定。氢化物反应与原子荧光检测的连用技术(称为氢化物发生-原子荧光光谱法)充分地发挥了原子荧光的优点,因而近年来得到了迅速的发展。我们曾经利用了氢化物反应所形成的氢气,设计了专用的氢化物原子化器,在所形成的氩-氢焰中,所有可形成氢化物元素均可得到充分的原子化。