光譜分析陳靜

1、光譜分析在職業(yè)衛(wèi)生檢測中的應(yīng)用 重慶市疾控中心 陳靜 201405 光譜分析法是儀器分析領(lǐng)域最早的分析方法之一。是分析化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要分支。包括原子吸收光譜分析法（AAS）、原子熒光光譜分析法(AFS)、原子發(fā)射光譜分析法(AES)以及紫外可見分光光譜法等。 GBZ/T160系列方法中金屬類金屬及其化合物的測定中以原子吸收光譜分析法和紫外可見分光光度法應(yīng)用最為廣泛。一、概述 原子光譜分析是一種光化學(xué)分析方法,它研究的是原子的外層電子在能量的作用下,在原子的高低能級(jí)間的過渡過程,其過渡過程伴隨著能量的吸收或發(fā)射，因而原子光譜具有確定的波長或頻率。原子吸收光譜是基態(tài)原子吸收共振輻射躍遷到激發(fā)態(tài)而

2、產(chǎn)生的吸收光譜；原子發(fā)射光譜是價(jià)電子受到激發(fā)躍遷到激發(fā)態(tài)再由高能量回到個(gè)較低能量或基態(tài)時(shí)，以輻射形式放出激發(fā)能而產(chǎn)生的光譜；原子熒光光譜是原子吸收輻射之后提高到激發(fā)態(tài)，再由激發(fā)態(tài)回到基態(tài)或鄰近基態(tài)，將吸收的能量以輻射的形式沿各個(gè)方向放出而產(chǎn)生的發(fā)射光譜。 三種原子光譜法的共同點(diǎn)：原子光譜是元素的固有特征，因此三種光譜分析方法都具有很好的選擇性。都要有原子化器,都需要在外界能量的作用下,原子才能在高低能級(jí)之間產(chǎn)生躍遷。三種光譜分析各有所長，都有自己所長的適應(yīng)范圍。對于檢出限精密度而言，分析波長小于300nm的元素AFS有更低的檢出限，300400nm之間，三種原子光譜具有相似的檢出限，大于400

3、nm的元素AES優(yōu)于AAS與AFS，在實(shí)際應(yīng)用中AAS、AFS的測定精密度優(yōu)于AES。三種原子光譜的不同點(diǎn)：其原理不同,AAS是測量基態(tài)原子對外界輻射的吸收;AES是測量被激發(fā)態(tài)原子自身發(fā)射的強(qiáng)度;AFS則是基態(tài)原子在外界輻射的作用下被激發(fā),然后回到基態(tài)所發(fā)射的譜線強(qiáng)度。AAS和AFS通常不必考慮光譜干擾，而AES必須考慮，AES和AFS測量的元素范圍更廣，可以多元素同時(shí)分析，曲線范圍寬。從儀器的結(jié)構(gòu)看,AES可以從各個(gè)方向進(jìn)行測量,AAS只能在180度方向,而AFS必須在與光源成一定的角度上才行，通常為90度。正因?yàn)槿绱?它們在儀器結(jié)構(gòu)對光源的要求，靈敏度，干擾影響等方面有很大不同。二、原子

4、吸收光譜法1、原理 原子吸收光譜分析法是建立在分散成蒸氣狀態(tài)的基態(tài)原子具有吸收同種原子所輻射特征光的性質(zhì)的基礎(chǔ)上的定量分析方法。它所研究的是原子對某頻率特定強(qiáng)度固定的輻射產(chǎn)生吸收后其強(qiáng)度的變化。當(dāng)光源輻射出具有待測元素特征譜線的光通過試樣蒸氣時(shí)被蒸氣中待測元素基態(tài)原子所吸收，其輻射特征譜線光被減弱的程度與被測元素的含量成正比。 一般來講原子蒸氣對不同頻率的光具有不同的吸收率，因此，原子蒸氣對光的吸收是頻率的函數(shù)。但是對固定頻率的光，原子蒸氣對它的吸收是與單位體積中的原子的濃度成正比并符合朗格一比爾定律。 當(dāng)一條頻率為，強(qiáng)度為I0的單色光透過長度為L的原子蒸氣層后，透射光的強(qiáng)度為Iv，令比例常數(shù)

5、為Kv，則吸光度A與試樣中基態(tài)原子的濃度N有如下關(guān)系： A=lg(I0/Iv)=KLN實(shí)際在原子吸收光譜法中上原子池中激發(fā)態(tài)的原子和離子數(shù)很少，因此蒸氣中的基態(tài)原子數(shù)目實(shí)際上接近于被測元素總的原子數(shù)目，而與式樣中被測元素的濃度C成正比。因此吸光度A與試樣中被測元素濃度C的關(guān)系如下； AKC 式中 K吸收系數(shù) 這就是原子吸光光譜法定量分析的依據(jù) 2、原子吸收光譜儀的特點(diǎn)檢出限低，靈敏度高；火焰原子吸收法可達(dá)10-9 mg/L級(jí)，石墨爐原子吸收法的檢出限可達(dá)10-9 10-14 g。選擇性好；原子吸收光譜是元素的固有特征，一般不存在共成元素的光譜干擾。分析精度好 火焰法達(dá)到1%，石墨爐法可達(dá)3%-

6、5%。應(yīng)用范圍廣，可測定70多種元素。分析速度快，儀器比較簡單，使用簡便。測定難熔元素不太理想；多元素同時(shí)分析受到限制。3、原子吸收光譜儀的組成由光源、原子化器、分光器、檢測系統(tǒng)等組成 光源產(chǎn)生含有被測元素特征波長的光線。常見的有空心陰極燈（HCL）、無極放電燈（EDL）、和超強(qiáng)度燈、連續(xù)光源。原子化系統(tǒng)將樣品中被測元素轉(zhuǎn)化成原子蒸汽，使試樣原子化的方法有火焰原子化法和無火焰原子化法。光學(xué)系統(tǒng)將光線導(dǎo)入原子蒸汽并將出射光導(dǎo)入單色器。單色器將元素?zé)羲a(chǎn)生的特定被分析元素的特征波長從其它非特征波長中分離出來。檢測器檢測器的作用是將單色器分出的光信號(hào)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。通常使用的光敏檢測器是光電倍增管。數(shù)

7、據(jù)處理輸出系統(tǒng)將檢測器的相應(yīng)值轉(zhuǎn)換成有用的分析測量值。、光源 通常為銳線光源，其作用是發(fā)射元素的特征共振輻射。 AAS要求光源能發(fā)射有足夠強(qiáng)度的、寬度很窄的譜線，其發(fā)射線為同種原子的共振線；信號(hào)穩(wěn)定，背景低；燈的使用壽命長；操作和維護(hù)方便。 其性能直接影響分析的檢出限、精密度及穩(wěn)定性等。 常用的有空心陰極燈、無極放電燈、激光光源等，以空心陰極燈應(yīng)用最廣。空心陰極燈（HCL） 是一種特殊的低壓輝光放電燈。其性能經(jīng)過進(jìn)一步改變又制成了高強(qiáng)度空心陰極燈以及多元素?zé)舻?。根?jù)外形分有日立式、瓶式、筒式三種。筒式元素?zé)敉ㄓ糜诖蟛糠謨x器。按結(jié)構(gòu)分有2腳、4腳及引線等。按性能分有普通燈、高性能燈、多元素?zé)粢约?/p>

8、原子熒光專用燈。HCL的使用和保管有很多注意事項(xiàng),注意燈的特性參數(shù)。如燈電流的大小,預(yù)熱時(shí)間，易熔金屬燈的拿放,長期不用時(shí)的存放等。、原子化器 在原子吸收光譜中，使樣品原子化并將原子蒸氣送入光路的部件。作用 將被測物樣品中的被測元素化合物轉(zhuǎn)化成原子蒸氣，這個(gè)過程就叫原子化。試樣在原子化器中干燥、蒸發(fā)和原子化。試樣原子化都要求有較高的溫度和良好的還原氣氛，同時(shí)要求干擾少，原子停留時(shí)間長。原子化方式 通常使用火焰、電加熱和化學(xué)反應(yīng)的辦法，常用的原子化器有火焰原子化器 、石墨爐原子化器和氫化物原子化器等?；鹧嬖踊骰鹧嬖踊饕话阌蓢婌F器、霧化室和燃燒器三部分組成。噴霧器的作用是將樣品溶液霧化。霧

9、化室的工作狀態(tài)在很大程度上決定了儀器的靈敏度。燃燒器的作用是形成火焰， 利用火焰產(chǎn)生的熱能蒸發(fā)溶劑，解離被分析物分子，產(chǎn)生被測元素的原子蒸氣?；鹧嬖踊^程包括樣品溶液的吸噴霧化、脫溶劑、熔融、蒸發(fā)、解離或還原。簡單，方便，干擾較少，記憶效應(yīng)小，對很多元素適用，可以用于60-70種元素的測定?；鹧娴奶匦?燃?xì)馀c助燃?xì)獾谋壤腔鹧鏈囟茸顬橹饕挠绊懸蛩亍Ｒ钥諝?乙炔火焰為例，按燃助比分為貧燃性火焰、化學(xué)計(jì)量型火焰、亮發(fā)性火焰以及富燃性火焰。其燃助比分別為1/6、1/4、1/3。對于確定類型的火焰，稍富燃的火焰(燃?xì)饬看笥诨瘜W(xué)計(jì)量)是有利的。對氧化物不十分穩(wěn)定的元素如Cu、Mg、Fe、Co、Ni等

10、，用化學(xué)計(jì)量火焰或貧燃火焰也是可以的。貧燃性火焰燃燒完全溫度高，但火焰不穩(wěn)，除堿土金屬外，一些熔點(diǎn)高的和惰性金屬可用，如銀、金、銅等?；瘜W(xué)計(jì)量型火焰火焰層次分明，穩(wěn)定，適用于大多元素的測定，應(yīng)用廣泛。亮發(fā)性火焰層次模糊，呈黃色，還原性較化學(xué)計(jì)量型火焰強(qiáng)，多用于鎂的測定。富燃性火焰有強(qiáng)烈的的還原性，多用于易氧化元素的測定。常用的火焰類型有：乙炔-空氣火焰，氫-空氣火焰，乙炔-氧化亞氮火焰。乙炔-空氣火焰：燃燒穩(wěn)定，重現(xiàn)性好，噪聲低，燃燒速度適中，溫度足夠高，對大多數(shù)元素有足夠的靈敏度，對低、中溫元素實(shí)用。是一種廣泛應(yīng)用的火焰原子化器。氫-空氣火焰：燃燒速度較乙炔-空氣火焰快，但溫度較低，背景發(fā)射

11、較弱，透射性能好，對分析線位于短波區(qū)（200nm以下）的元素，使用空氣-氫火焰是合適的。乙炔-氧化亞氮火焰：火焰溫度最高，而燃燒速度并不快。對高溫元素，宜采用氧化亞氮-乙炔高溫火焰。在火焰原子化法中，火焰類型和特性是影響原子化效率的主要因素石墨爐原子化器組成 由加熱電源、保護(hù)氣控制系統(tǒng)和石墨管狀爐 組成。加熱方式 通過電加熱的方式提高溫度。石墨爐的加熱方式又有橫向和縱向兩種方式。其原子化過程分為干燥、灰化、原子化、除殘或清洗四個(gè)階段。石墨管體積小，可以保證有大量的游離原子處在光路上，因而原子化效率可達(dá)90%；檢出限較火焰法高出2個(gè)數(shù)量級(jí)；所需試樣少，為1050L，一般為20L；靈敏度高。 氫化

12、物原子化器 是根據(jù)某些元素的氫化物（砷、鉍、硒、鉛、鋅、錫、鍺、碲）在常溫下為氣態(tài)且熱穩(wěn)定性差的特性，利用某種還原反應(yīng)來生成這些元素的氫化物，用惰性氣體將其導(dǎo)入加熱的原子化裝置中，氫化物受熱后迅速分解，將被測元素解離為基態(tài)原子蒸氣，從而吸收該元素的特征發(fā)射譜線，是火焰原子化器的一種補(bǔ)充。其靈敏度較火焰法高。 背景校正裝置 目前常用的背景校正裝置 有氘燈背景校正、空心陰極燈自吸收背景校正、塞滿效應(yīng)背景校正等。作用 為消除樣品測定時(shí)的背景干擾。氘燈背景校正 連續(xù)光源校正的代名詞。用于紫外波段180-400nm ，適用于350nm以下的分析線，真正有意義的是300nm以下?？鄢肿游毡尘?，能校正大

13、部分背景吸收。空心陰極燈自吸收背景校正 可用于整個(gè)波段的背景校正。但不是所有的元素都可以應(yīng)用。塞滿效應(yīng)校正背景 石墨爐背景校正，分為橫向和縱向。分光器將所需要的共振吸收線分離出來，由入射 和出射狹縫、反射鏡和色散元件組成。現(xiàn)在多使用光 柵作為色散原件。檢測系統(tǒng)多使用光電倍增管，也有些使用電荷耦合器件(CCD)以及CID作為檢測器等。3、原子吸收光譜儀儀器性能的檢測、波長示值誤差與重復(fù)性 儀器的波長誤差主要來自波長掃描機(jī)構(gòu)，良好的波長準(zhǔn)確度及重復(fù)性有利于快速準(zhǔn)確地調(diào)整元素的測量參數(shù)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：波長示值誤差不應(yīng)超過0.5nm，波長重復(fù)性不應(yīng)大于0.3nm。、測量精度 表示多次重復(fù)測定某一量時(shí)所

14、得到的的測定值的離散程度。常用多次測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）與相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD)表示。 火焰法 選用銅為測量元素，在324.7nm尋峰測定銅溶液的精密度RSD1.0%。 石墨爐法 選用銅或鎘測定，其測定精密度RSD4%或5%。 、檢出限與特征質(zhì)量 檢出限是表示儀器最佳檢測能力的指標(biāo)，表示靈敏度的指標(biāo)是特征質(zhì)量或特征濃度。檢出限的測試方法：火焰法以0.5%的硝酸溶液為空白溶液測定20次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，以標(biāo)準(zhǔn)差的3倍為檢出限。石墨爐法以某濃度的Cu或Cd的溶液測定20次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差，以標(biāo)準(zhǔn)差的3倍為檢出限。、精密度 精密度是指分析測試結(jié)果數(shù)據(jù)的離散性或重復(fù)性。測試方法 ：銅燈或鎘燈為測試燈，以能產(chǎn)

15、生0.30.5A吸光度的溶液為測試液，以0.5%硝酸溶液為空白，火焰法測定11次，石墨爐測定7次，計(jì)算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。4、原子吸收光譜法分析條件的選擇、儀器條件的選擇分析線 通常選用待測元素的共振吸收線作為分析線，因?yàn)檫@樣可使測定具有較高的靈敏度。測定高含量元素時(shí)，可以選用靈敏度較低的非共振吸收線為分析線，也就是次靈敏線。As、Se等共振吸收線位于200nm以下的遠(yuǎn)紫外區(qū)，火焰組分對其有明顯吸收，故用火焰原子吸收法測 定這些元素時(shí)，不宜選用共振吸收線為分析線。銅249.2等如果共振線處有干擾存在,亦可用其他線。燈電流的選擇 一般需要預(yù)熱1030min才能達(dá)到穩(wěn)定輸出。其最大工作電流與元素種類、燈

16、的結(jié)構(gòu)及光源的調(diào)制方式有關(guān)。燈電流過小，放電不穩(wěn)定，故光譜輸出不穩(wěn)定，且光譜輸出強(qiáng)度?。粺綦娏鬟^大，發(fā)射譜線變寬，導(dǎo)致靈敏度下降，校正曲線彎曲，燈壽命縮短。選用燈電流的一般原則是，一般使用額定電流的一半或稍高一點(diǎn)。在保證有足夠強(qiáng)且穩(wěn)定的光強(qiáng)輸出條件下，盡量使用較低的工作電流，通常以空心陰極燈上標(biāo)明的最大電流的1/2至2/3作為工作電流， 在具體的分析場合，最適宜的工作電流由實(shí)驗(yàn)確定。狹縫寬度的選擇適宜的狹縫寬度，一方面要保證將共振吸收線與非吸收線 分開，另一方面又要考慮適宜的光強(qiáng)輸出。一般對于譜線較簡單的元素，如堿金屬、堿土金屬等，宜選 用較寬的狹縫；對于譜線復(fù)雜的元素，如過渡、稀土元素等，宜

17、選用較窄的狹縫。進(jìn)樣量的選擇 如果進(jìn)樣量過小，則吸收信號(hào)弱，不便于測量；進(jìn)樣量過大，在火焰原子化法中，對火焰產(chǎn)生冷卻效應(yīng)，在石墨爐原子化法中，會(huì)增加除殘的困難。在實(shí)際工作中，應(yīng)測定吸光度隨進(jìn)樣量的變化，選取能達(dá)到最滿意吸光度的進(jìn)樣量。燃燒器的高度 在火焰區(qū)內(nèi)，自由原子的空間分布是不均勻， 且隨火焰條件而改變，因此應(yīng)調(diào)節(jié)燃燒器的高度， 以使來自空心陰極燈的光束從自由原子濃度最大的火焰區(qū)域通過，以期獲得高的靈敏度。石墨爐法程序升溫條件的選擇 在石墨爐原子化法中合理選擇干燥、灰化、原子化及除 殘溫度與時(shí)間是十分重要的。干燥 應(yīng)在稍低于溶劑沸點(diǎn)的溫度下進(jìn)行，以防止試液飛濺。有機(jī)溶媒可以稍高點(diǎn)，但不要操

18、過130?；一?又叫熱解。除去基體和局外組分，在保證被測元素沒有損失的前提下應(yīng)盡可能使用較高的灰化溫度。 去除樣品中的揮發(fā)性物質(zhì)和基體干擾，以減輕或消除原子化時(shí)產(chǎn)生大量的煙霧，減少干擾。在實(shí)驗(yàn)室通?？刹捎眉尤脒m當(dāng)?shù)幕w改進(jìn)劑的方式來提高灰化溫度?；w改進(jìn)劑 為了消除基體組分的干擾影響，在試樣中加入一種能改變基體組分和被測組分揮發(fā)特性的試劑，讓基體組分在被測組分原子化之前盡可能從爐中揮發(fā)除去，或使待測成分變?yōu)楦臃€(wěn)定的化合物，從而降低和消除干擾，這種試劑稱為基體改進(jìn)劑。約有50多種基體改進(jìn)劑用于30多種元素的分析測定。常用的基體改進(jìn)劑有硝酸、硝酸銨、氯化鈀（鈀）、鎳、磷酸氫銨、硝酸鎂、抗壞血酸等

19、。原子化 選用達(dá)到最大吸收信號(hào)的最低溫度作為原子化溫度。原子化時(shí)間的選擇，應(yīng)以保證完全原子化為準(zhǔn)。原子化階段 停止通保護(hù)氣，以延長自由原子在石墨爐內(nèi)的平均停留時(shí)間。除殘的目的是為了消除殘留物產(chǎn)生的記憶效應(yīng)，除殘溫度應(yīng)高于原子化溫度。 分析方法的選擇標(biāo)準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法測定標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品溶液的吸光度，繪制 吸光度與標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度間的校準(zhǔn)曲線然后從校準(zhǔn)曲線上依據(jù)樣品的吸光度查得待測元 素的濃度或含量。應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：待測元素濃度高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)校準(zhǔn)曲線彎曲的現(xiàn)象，因此，所配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度范圍應(yīng)服從比爾定律。最佳分析范圍的吸光度應(yīng)在0.10.5之間。繪制校準(zhǔn)曲線的點(diǎn)應(yīng) 不少于4 個(gè)；標(biāo)準(zhǔn)溶液與樣品溶液

20、應(yīng)該用相同的試劑處理，且應(yīng)具有相似的組成。因此，在配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時(shí)，應(yīng)加入與樣品組成相同的基體。使用與樣品具有相同基體而不含待測元素的空白溶液將儀器調(diào)零，或從樣品的吸光度中扣除空白值；應(yīng)使操作條件在整個(gè)分析過程中保持不變5、舉例 工作場所中空氣中錳及其化合物的測定原理 空氣中氣溶膠態(tài)錳及其化合物用微孔濾膜采集，消解后， 在279.5nm 波長下，用乙炔 - 空氣火焰原子吸收光譜法測定。樣品采集 根據(jù)方法要求用微孔濾膜采集空氣樣品，并將其置于清潔的容器內(nèi)運(yùn)輸和保存。樣品在室溫下可長期保存。同時(shí)做好樣品的空白對照。樣品消解 將采過樣的濾膜加入5ml 消化液；電熱板上加熱消解，用鹽酸溶液溶解殘?jiān)⒍?/p>

21、容小容量瓶中供測定?，F(xiàn)場空白或?qū)φ諛悠吠杉瘶悠吠狡叫刑幚怼?一般采用外標(biāo)法進(jìn)行定量測定配制標(biāo)準(zhǔn)系列 一般為5個(gè)點(diǎn)（不含空白）打開儀器預(yù)熱，設(shè)置參數(shù)；設(shè)置波長279.5nm，調(diào)整狹縫寬度，選擇光源并設(shè)置燈電 流，打開光源預(yù)熱，打開乙炔和空氣氣源并調(diào)節(jié)至適當(dāng)壓力；儀器點(diǎn)火時(shí)，先開助燃?xì)猓箝_燃?xì)?；關(guān)氣時(shí)先關(guān)燃?xì)猓箨P(guān)助燃?xì)?；按照儀器操作說明和提示，完成儀器的初始化工作；錄入檢測任務(wù)及樣品信息，開始樣品分析。以吸光度均值對錳濃度(g/ml)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)系 數(shù)應(yīng)不小于0.9990，截距應(yīng)不太大。否則，應(yīng)重新配置標(biāo)準(zhǔn)曲線，重新進(jìn)行分析，直至滿意；測定質(zhì)控樣，結(jié)果偏差應(yīng)在不確定度范圍內(nèi)，否則應(yīng)分

22、析原因，重新配制，重新分析，直至滿意；二、原子熒光光譜法1、基本原理 氣態(tài)自由原子吸收光源的特征輻射后，原子的外層電子躍遷到較高能級(jí)，然后又躍遷返回基態(tài)或較低能級(jí)，同時(shí)發(fā)射出與原激發(fā)輻射波長相同或不同的輻射即為原子熒光。蒸汽發(fā)生原子熒光法基本原理：利用蒸汽發(fā)生技術(shù)將還原劑（KBH4或NaBH4）與酸性樣品溶液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，將As（砷）、Sb（銻）、Bi（鉍）、Se（硒）、Te（碲）、Pb（鉛）、Sn（錫）、Ge（鍺） 8個(gè)元素形成氣態(tài)氫化物，Hg形成原子蒸氣， Cd（鎘）、Zn（鋅）、Au（金）形成氣態(tài)組分。 氣態(tài)氫化物、氣態(tài)組分通過原子化器原子化形成基態(tài)原子，基態(tài)原子蒸氣被激發(fā)而產(chǎn)生原子熒光

23、。氫化物反應(yīng)式如下， BH-+3H2O+H+H3BO3+Na+8H*+Em+EHn+H2(氣體）2、定量依據(jù)為熒光量子效率，表示發(fā)射熒光光量子數(shù)與 吸收激發(fā)光光量子數(shù)之比；A 為受光源照射后在檢測系統(tǒng)中觀察到的有效面積；I0 為單位面積上接受人射光的強(qiáng)度；L 為吸收光程長， 為峰值吸收系數(shù)；N 為能夠吸收輻射的基態(tài)原子的濃度。3、蒸汽發(fā)生原子熒光的特點(diǎn)：靈敏度較高：元素檢出限在 ppb-ppt 級(jí) 。特別對Cd、Zn等元素有相當(dāng)?shù)偷臋z出限，Cd可達(dá)0.001ngcm-3、Zn為0.04ngcm-3?，F(xiàn)已有20 多種元素低于原子吸收光譜法的檢出限。干擾較少，譜線比較簡單，靈敏度高。待測元素的原子

24、蒸汽所產(chǎn)生的原子熒光輻射強(qiáng)度與激發(fā)光源強(qiáng)度成比例，這一特性對于改進(jìn)原子熒光分析檢出限提供了一個(gè)有希望的途徑。(2)原子熒光是向各個(gè)方向進(jìn)行輻射的，且譜線大部分都在紫外區(qū)，采用日盲型光電倍增管作檢測器，可制作多道非色散原子熒光而實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測定。這種儀器結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠。(3) AFS是AES和AAS綜合發(fā)展起來的一種新的分析方法，也是AES和AAS兩種分析方法的補(bǔ)充。特別是對有毒有害重金屬的分析測試有獨(dú)到的方法優(yōu)越性。(4)分析校準(zhǔn)曲線線性范圍寬，可達(dá)35個(gè)數(shù)量級(jí)。4、儀器組成檢測器光源透鏡單色器 原子化器圖4-1原子熒光光譜儀結(jié)構(gòu)組成分析方法定量分析方法為標(biāo)準(zhǔn)曲線法儀器工作參數(shù)的設(shè)置

25、原則與條件優(yōu)化儀器的主要參數(shù)：光電倍增管負(fù)高壓光電倍增管負(fù)高壓燈電流燈電流原子化器高度原子化器高度載氣流量、屏蔽氣流量載氣流量、屏蔽氣流量讀數(shù)時(shí)間、延遲時(shí)間讀數(shù)時(shí)間、延遲時(shí)間負(fù)高壓指加于光電倍增管兩端的電壓。負(fù)高壓越高，熒光強(qiáng)度越高，但是噪聲也越大；燈電流越高，熒光強(qiáng)度越大，但燈電流太高會(huì)影響燈的使用壽命;為了得到更好的檢出限和重復(fù)性，原則上一般是加大燈電流，而盡量降低負(fù)高壓；設(shè)置的時(shí)候我們一般參考熒光值的大小，盡量使測得的熒光值大于1000，而小于5000，熒光值太低，靈敏度差，熒光值太高重復(fù)性差。實(shí)際操作的時(shí)候我們可以先把燈電流設(shè)置到推薦條件的最大值，然后將負(fù)高壓設(shè)個(gè)適當(dāng)值，如果熒光值低就

26、適當(dāng)升高負(fù)高壓和燈電流，如果熒光值太高就適當(dāng)降低負(fù)高壓和燈電流。如果實(shí)驗(yàn)測量要求比較高，我們可以犧牲一點(diǎn)燈的壽命，升高燈電流而降低負(fù)高壓。原子化器高度（或爐高）是指原子化器頂端到透鏡中心水平線的垂直距離。高度數(shù)值太小，透鏡中心在火焰下沿，噪聲增大，信噪比下降；高度數(shù)值太大，透鏡中心在火焰上沿，精密度和靈敏度下降測一般元素時(shí)，爐高一般設(shè)置到8mm左右，測Hg時(shí)為10mm。載氣流量小，氬氫火焰不穩(wěn)定，測量的重現(xiàn)性差，載氣流量極小時(shí)，由于氬氫火焰很小，有可能測量不到信號(hào)；載氣流量大，原子蒸氣被稀釋，測量的熒光信號(hào)降低，過大的載氣流量還可能導(dǎo)致氬氫火焰被沖斷，無法形成氬氫火焰，使測量沒有信號(hào)。屏蔽氣流

27、量小時(shí)，氬氫火焰肥大，信號(hào)不穩(wěn)定；屏蔽氣流量大時(shí)，氬氫火焰細(xì)長，信號(hào)不穩(wěn)定且靈敏度降低。載氣一般設(shè)400mL/min左右，屏蔽氣一般設(shè)1000mL/min左右5、干擾的消除猝滅效應(yīng)。是激發(fā)態(tài)原子的一種非輻射的去激發(fā)過程，會(huì)造成原子熒光信號(hào)的顯著下降或消失。應(yīng)當(dāng)避免。避免這種干擾可采用減少溶液中其干擾離子的濃度。如采用氬氣作為屏蔽氣，消解過程趕盡NO-2,有機(jī)溶媒等。 散射光可產(chǎn)生較大的正干擾。減少散射干擾，主要是減少散射微粒，采用預(yù)混火焰、增高火焰觀測高度和火焰溫度，或使用高揮發(fā)性的溶劑等，均可以減少散射微 粒，也可采用扣除散射光背景的方法消除其干擾。其它干擾因素如光譜干擾、化學(xué)干擾、物理干擾

28、等與原子吸收光譜法相似。6、舉例工作場所空氣中汞及其無機(jī)化合物的原子熒光光譜法的測定原理 空氣中蒸氣態(tài)汞及其化合物被吸收液吸收。 之后，汞被硼氫化鈉還原成汞蒸氣，在原子化器中，汞原子吸收193.7nm 波長的光發(fā)射出原子熒光，測定原子熒光強(qiáng)度，以峰高或峰面積進(jìn)行定量。樣品采集 用裝有高錳酸鉀吸收液的大型氣泡吸收管采集空氣樣品，按要求做樣品空白。準(zhǔn)備好儀器 原子熒光光度計(jì)，具有汞空心陰極燈和氫化物發(fā)生裝置。儀器操作條件：原子化器高度8mm，載氣（Ar）流量 400ml/min，屏蔽氣流量1000ml/min。配置標(biāo)準(zhǔn)系列、載流將儀器調(diào)節(jié)到最佳操作狀態(tài)，分別測定標(biāo)準(zhǔn)系列，每個(gè)濃度重復(fù)測定3次，以峰

29、高或峰面積均值對汞濃度（g /ml）繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。用測定標(biāo)準(zhǔn)系列的操作條件測定樣品溶液和空白對照溶液； 測得的樣品峰高或峰面積值減去空白對照峰高或峰面積值后， 由標(biāo)準(zhǔn)曲線得汞濃度(g /ml)。三、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜1、原理 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP AES），是依據(jù)各種元素的原子或離子在電感耦合等離子炬ICP 激發(fā)源的作用下變成激發(fā)態(tài)，利用受激發(fā)態(tài)原子或離子返回到基態(tài)時(shí)所發(fā)射的特征光譜來測定物質(zhì)中元素組成 和含量的分析方法。 特定能級(jí)差對應(yīng)的波長（光）可以代表此種元素的存 在，這是定性分析的基礎(chǔ)。 特征光的強(qiáng)度和元素的濃度成正比，這是定量分析的基礎(chǔ)。I Nmhv KN

30、mOe Em kTI 譜線強(qiáng)度； m兩個(gè)能級(jí)間的躍遷概率； 發(fā)射譜線的頻率；h 普朗克常數(shù)；N 單位體積內(nèi)激發(fā)態(tài)原子數(shù)。定量依據(jù)在一定的實(shí)驗(yàn)條件下譜線強(qiáng)度僅和N成正比，其他均為常數(shù)。在固定實(shí)驗(yàn)條件下，基態(tài)原子數(shù)與樣品中該元素的濃度成正比，所以譜線強(qiáng)度與待測元素濃度成正比。I a C 式中：a為常數(shù)，C為目的元素的濃度考慮某些情況下有一定程度的譜線 自吸，對上式加以修正I a Cb式中：b為自吸系數(shù)，一般情況下b1。在ICP光源中 多數(shù)情況下b1。定定量定量依據(jù)依據(jù)量依據(jù)2、ICP的特點(diǎn)分析精度高，可準(zhǔn)確分析含量達(dá)到10-9級(jí)的元素； 樣品范圍廣，可實(shí)現(xiàn)對70多種元素的測定； 動(dòng)態(tài)線性范圍寬；多

31、種元素同時(shí)測定；可利用標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫對未知樣品進(jìn)行快速的定性和半定 量分析。3、儀器組成ICP AES基本結(jié)構(gòu)由ICP光源、進(jìn)樣裝置、分光 器、檢測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，如下圖所示。圖 ICP-AES儀器組成及工作流程圖4、ICP的干擾與消除物理干擾 、光譜干擾、 化學(xué)干擾、電離干擾與基體效應(yīng)干擾ICP光譜分析中的化學(xué)干擾，比起火焰原子吸收 光譜或火焰原子發(fā)射光譜分析要輕得多，因此化學(xué)干擾在ICP發(fā)射光譜分析中可以忽略不計(jì)。所以，本 處主要介紹其他三方面干擾因素。物理干擾（物性干擾） 主要由溶液的黏度、表面張力和密度差異引起。表現(xiàn)為酸效應(yīng)和鹽效應(yīng)。在相同的酸度時(shí)，粘度以下列的次序遞增HClHNO3

32、HClO4H3PO4H2SO4。其中HCl和HNO3的粘度要接近些，且較小。而H2SO4 、H3PO4的粘度大且沸點(diǎn) 高，因此在ICP光譜分析的樣品處理中，盡可能用HCl和 HNO3，而盡量避免用H3PO4和H2SO4。有機(jī)溶劑的影響 當(dāng)溶液中含有機(jī)溶劑時(shí)，粘度與表面張力均會(huì)降 低，霧化效率將有所提高，同時(shí)有機(jī)試劑大部分可 燃，從而提高了尾焰的溫度，結(jié)果使譜線強(qiáng)度有所提 高。 所以，當(dāng)溶液中含有有機(jī)溶劑時(shí)，ICP的功率需適當(dāng)提高，以抑制有機(jī)試劑中碳化物的分子光譜的強(qiáng) 度。減少干擾的方法最主要的辦法是使標(biāo)準(zhǔn)試液與待測試樣無論在基體元素的組 成、總鹽度、有機(jī)溶劑和酸的濃度等方面都保持完全一致。目前

33、進(jìn)樣系統(tǒng)中采用蠕動(dòng)泵進(jìn)樣對減輕上述物理干擾可起到一定作用，另外采用內(nèi)標(biāo)校正法也可適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)償物理干擾的 影響。基體匹配或標(biāo)準(zhǔn)加入法能有效消除物理干擾，但工作量 較大。光譜干擾由于ICP的激發(fā)能力很強(qiáng)，幾乎每一種存在于ICP 中或引入ICP中的物質(zhì)都會(huì)發(fā)射出相當(dāng)豐富的譜線， 從而產(chǎn)生大量的光譜“干擾”。光譜干擾主要分為兩類： 譜線重疊干擾和背景干擾。譜線重疊干擾 譜線重疊干擾是由于光譜儀色散率和分辨率的不 足，使某些共存元素的譜線重疊在分析上的干擾。 對于這種干擾，采用高分辨率的分光系統(tǒng)，并不 意味著可以完全消除這類光譜干擾，只能認(rèn)為光譜 干擾可以減輕至最小強(qiáng)度。因此，最常用的方法是 選擇另外一條

34、干擾少的譜線作為分析線，或應(yīng)用干擾因子校正法（IEC）給予校正。背景干擾 這類干擾與基體成分及ICP光源本身所發(fā)射的強(qiáng)烈 雜散光的影響有關(guān)，最有效的辦法是利用現(xiàn)代儀器 所具備的背景校正技術(shù)給予扣除。電離干擾與基體效應(yīng)干擾電離干擾由于ICP中試樣成分的變化對于高頻趨膚效應(yīng)的電學(xué)參數(shù)的影響很小，因而易電離元素的加入對離子線和原子線強(qiáng)度的影響比其他光源都要小，但實(shí) 驗(yàn)表明這種易電離干擾效應(yīng)仍對光譜分析有一定的 影響。減少干擾的方法：雙向觀察ICP光源；保持待測樣品溶液與分析標(biāo)準(zhǔn)溶液在物理、化學(xué)各方面性質(zhì)大致相同。 6、光譜定性分析一般多采用攝譜法。試樣中所含元素只要達(dá)到一定的含量， 都可以有譜線攝譜

35、在感光板上。攝譜法操作簡單，價(jià)格便宜，快速，在幾小時(shí)內(nèi)可將含有的數(shù)十種元素定性檢出。當(dāng)進(jìn)行定性分析時(shí)，不需要將所有的譜線全部檢出，只須檢出幾條合適的譜線就可以了。進(jìn)行分析時(shí)所使用的譜線稱為分 析線。 如果只見到某元素的一條譜線，不能斷定該元素確實(shí)存在于試樣中，因?yàn)橛锌赡苁瞧渌刈V線的干擾。檢出某元素是否存在，必須有兩條以上不受干擾的最后線與 靈敏線。靈敏線是元素激發(fā)電位低、強(qiáng)度較大的譜線，多是共 振線。最后線是指當(dāng)樣品中某元素的含量逐漸減少時(shí)，最后仍 能觀察到的幾條譜線。它也是該元素的最靈敏線。7、 定量分析標(biāo)準(zhǔn)曲線法確定的分析條件下，用三個(gè)或三個(gè)以 上含有不同濃度被測元素的標(biāo)準(zhǔn)樣品與試樣

36、在相同條件下激發(fā)光譜，以分析線強(qiáng)度I， 或內(nèi)標(biāo)法分析線對強(qiáng)度比R或lgR對濃度c或 lgc做校準(zhǔn)曲線。再由校準(zhǔn)曲線求得試樣中 被測元素含量。8、舉例 工作場所空氣中鉬及其化合物的測定原理 空氣中氣溶膠態(tài)鉬及其化合物用微孔濾膜采集， 消解后，用等離子體發(fā)射光譜儀在202.03nm 波長下 進(jìn)行定量測定。采樣：用微孔濾膜采樣樣品消解上機(jī)測定電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀（儀器操作條件：發(fā)射波 長：202.03 nm；入射功率：1150W；霧化氣流量：0.6L/min；輔助氣流量：1.0L/min；冷卻氣流量：1.1 L/min）。四、紫外-可見分光光譜法1、基本原理 根據(jù)被測物質(zhì)在紫外-可見光的特定波

37、長處或一定波長范圍內(nèi)對光的吸收特性而對該物質(zhì)進(jìn)行定性定量分析的方法稱紫外-可見分光光度法。2、優(yōu)點(diǎn)紫外-可見分光光度法是工作場所職業(yè)病化學(xué)危害因素 檢測中的常用方法。具有靈敏度高，測量精度好，操作簡便，應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。它主要用于測定微量組分，幾乎所有的無機(jī)離子和許多有機(jī)化合物均可以用分光光度法進(jìn)行測定。若采用靈敏度高、選擇性好的有機(jī)顯色劑，并加入適當(dāng)掩蔽劑，一般不經(jīng)過分離即可直接進(jìn)行分光光度法測定， 其方法的相對誤差為5%10%。3、定量依據(jù)依據(jù)朗伯-比爾定律（Lambert-Beer），即在一定條件下溶液對單色光吸收的強(qiáng)弱與吸光物質(zhì)的濃度和厚度間成正比關(guān)系。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：A KCL式中：

38、A-溶液吸光度；K-吸光常數(shù)（摩爾吸光常數(shù)）；C-溶液濃度mol/L；L-液層厚度（比色皿厚度）吸光系數(shù)K在給定條件下（單色光波長、溶劑、溫度 等）是物質(zhì)的特征常數(shù)，可作為定性依據(jù)。在吸收度與濃度之間的直線關(guān)系中，吸光系數(shù)K是斜率，是定量的依據(jù)，其數(shù)值越大則測定的靈敏度越高。4、儀器組成常用紫外可見分光光度計(jì)的工作波長范圍為 190nm900nm。紫外可見分光光度計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理如下圖：圖 紫外可見分光光度計(jì)工作原理圖5、紫外分光光度計(jì)分析條件的選擇紫外分光光度計(jì)分析條件的選擇適宜的吸光度范圍 根據(jù)朗伯-比爾定律公式經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得出當(dāng) A=0.4343時(shí)，吸光度測量誤差最小，最適宜的測量 范圍

39、為0.20.8之間。入射光波長的選擇 通常根據(jù)被測組分的吸收光譜，選擇最強(qiáng)吸收帶的最大吸收波長為入射波長。當(dāng)最強(qiáng)吸收峰的峰 形比較尖銳時(shí)，往往選用吸收稍低，峰形稍平坦的次強(qiáng)峰或肩峰進(jìn)行測定。狹縫寬度的選擇 為了選擇合適的狹縫寬度，應(yīng)以減少狹縫寬度時(shí)，試樣的吸光度不再增加為準(zhǔn)，一般來說，狹縫寬度大約是試樣吸收峰半寬度的十分之一。對多種物質(zhì)進(jìn)行測定，常利用顯色反應(yīng)將被測組分轉(zhuǎn)變?yōu)樵谝欢úㄩL范圍有吸收的物質(zhì)。常見的顯色反應(yīng)有配位反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等。顯色反應(yīng)必須滿足：反應(yīng)生成物須在紫外-可見光區(qū)有較強(qiáng)吸光能力，即摩爾吸光系數(shù)較大；反應(yīng)有較高的選擇性，即被測組分生成的化合物吸收曲線應(yīng)與共存物質(zhì)的吸收光

40、譜有明顯的差別；反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)足夠穩(wěn)定，以保證測量過程中溶液的吸光度不變；反應(yīng)產(chǎn)物組成恒定。測定樣品溶液的吸光度，需先用參比溶液調(diào)節(jié)透光度（吸光度為0）為 100%，以消除其它成分及吸光池和溶劑等對光的反射和吸收帶來的測定誤差。測定方法目視比色法 用眼睛觀察、比較溶液顏色深度以確定物質(zhì)含量的方法稱為目視比色法。將一系列不同量的標(biāo)準(zhǔn)溶液依次加入各比色管中，再分別加入等量的顯色劑和其他試劑，并控制其他實(shí)驗(yàn)條件相 同，最后稀釋至同樣體積，配成一套顏色逐漸加深的標(biāo)準(zhǔn)色 階。將一定量的被測溶液置于另一比色管中，在同樣條件下 進(jìn)行顯色，并稀釋至同樣體積，從管口垂直向下（有時(shí)由側(cè)面）觀察顏色。如果被測溶液與標(biāo)準(zhǔn)

41、系列中某溶液的顏色相近，則被測溶液的濃度就等于該標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度。如果被測試液顏色介于相鄰兩種標(biāo)準(zhǔn)溶液之間，則試液濃度就介于這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度之間。標(biāo)準(zhǔn)曲線法 根據(jù)朗伯-比耳定律，保持液層厚度，入射光波長和其它測量條件也不變，則在一定濃度范圍內(nèi)， 所測得吸光度與溶液中待測物質(zhì)濃度成正比。因此，配制一系列已知的不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別在選定波長處測其吸光度A，然后以標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃 度c為橫坐標(biāo)，以相應(yīng)的吸光度A為縱坐標(biāo)，繪制出 A-c關(guān)系曲線。如果符合光的吸收定律，則可獲得一條直線，稱為標(biāo)準(zhǔn)曲線或稱工作曲線。在相同條件下測量樣品溶液的吸光度，就可以從標(biāo)準(zhǔn)曲線上 查出樣品濃度。在使用紫外可見分光度法進(jìn)

42、行樣品檢測與分析的過程中，不能不考慮試劑和顯色條件對檢測的影響，需要注意以下幾點(diǎn)：顯色劑質(zhì)量，注意其使用期限、保存方式（低溫、避光、干燥）、顯色劑純度的區(qū)別和要求，盡量使 用有效期限和方法要求的試劑純度；遵照實(shí)驗(yàn)要求，注意反應(yīng)溫度和時(shí)間等控制條件；注意顯色的穩(wěn)定時(shí)間，并在其穩(wěn)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行檢測；使用試劑分級(jí)和質(zhì)量，按檢測要求使用；對被檢樣品的干擾物質(zhì)和干擾因素，要進(jìn)行排除，必要時(shí)進(jìn)行復(fù)檢。舉例 工作場所空氣中氮氧化物的測定一氧化氮和二氧化氮的鹽酸萘乙二胺分光光度法原理 空氣中的一氧化氮通過三氧化鉻氧化管，氧化成二 氧化氮；二氧化氮吸收于水中生成亞硝酸，再與對氨 基苯磺酸起重氮化反應(yīng)，與鹽酸萘乙二胺偶合成玫瑰 紅色，在540nm波長下測量吸光度，進(jìn)行測定。用兩只吸收管平行采樣，一只帶氧化管，另一只不帶；通過氧化管測得一氧化氮和二氧化氮總濃度，不通過氧化管測得二氧化氮濃度，由兩管測得的濃度之差，為一氧化氮濃度。樣品采集 在采樣點(diǎn)，用兩只各裝有5.0ml 吸收液的多孔玻板吸收管平行放置，一只進(jìn)氣口接氧化管，另一只不接，各以 0.5L/min 流量采集空氣樣品，直到吸收液呈現(xiàn)淡紅色為止。同時(shí)做采樣空白。采樣后，立即封閉吸收管進(jìn)出氣口，置于清潔的容器 內(nèi)運(yùn)輸和保存。樣品盡量在當(dāng)天測定。一氧化氮