4.3　原子熒光光譜儀的類型與結構

原子熒光光譜儀與原子吸收分光光度計的組成基本相同，也是由激發光源、原子化器、單色器、檢測器及信號處理顯示系統組成的。它們的主要區別在于原子吸收分光光度計的銳線光源、原子化器、單色器和檢測器位于同一條直線上。而原子熒光光譜儀中，激發光源與檢測器處于直角狀態，如圖4-3所示，這是為了避免激發光源發射的輻射進入單色器和檢測系統，影響熒光信號的檢測。

原子熒光光譜儀有色散型和非色散型兩類，其結構基本相似，只是單色器不同。

色散型儀器的優點是使用的波段范圍寬，分離散射光的能力強；缺點是價格較貴，可能存在波長漂移。非色散型儀器的優點是結構簡單，價格便宜，不存在波長漂移，并且光譜通帶寬，照度大，熒光信號強，因而有較好的檢出限；缺點是必須用日盲光電倍增管，較易受到散射光及其他光譜干擾的影響。對某些元素來說，非色散系統與用單色器色散的儀器相比較，檢出限可降低1～2個數量級。

4.3.1　激發光源

因為在通常使用的光源條件下，熒光強度與激發光強度成正比，因此在原子熒光分光光度計中，需采用高強度光源，如高強度空心陰極燈、無極放電燈、激光、等離子體等。商品儀器中多采用前兩種。

（1）高強度空心陰極燈　高強度空心陰極燈是在普通空心陰極燈中加上一對輔助電極，輔助電極的作用是產生第二次放電，從而大大提高金屬元素共振線的強度，而其他譜線的強度增加不大，這對測定譜線較多的元素如鐵、鈷、鎳和鉬等較為有利。

（2）無極放電燈　無極放電燈比高強度空心陰極燈的亮度高、自吸收小、壽命長，它特別適用于在短波區有共振線的易揮發元素的測定。目前已制成幾十種無極放電燈，如鉍、砷、鎵、鍺、汞、銦、銻、硒、碲等。

（3）氙弧燈　氙弧燈是一種連續光源。由于熒光強度受吸收線輪廓的影響不顯著，因此可以用連續光源而不必用高色散率的單色器。用連續光源的優點是可以做多元素分析。氙弧燈在可見光區和近紫外區發射連續光譜，但低于250nm時發射強度急劇減弱。

氙弧燈光強穩定，不需要特殊方法來控制溫度，可以激發銀、金、鉍、鎘、銅、鈷、鐵、汞、鎂、錳、鉛、鉈、鋅等譜線。

（4）激光光源　激光光源比普通光源有更多優點，最重要的優點是輸出功率高，可達到飽和熒光，進行分析時可達到很低的檢出限。用激光作光源是原子熒光分析的重要進展，適用于原子熒光分析的激光光源必須能夠在可見-紫外光波的范圍內提供任意波長的輻射。

激光原子熒光光譜儀采用可調諧激光器代替無極放電燈，能在可見光區到接近紫外區實現連續調頻，具有很高的光強和很窄的譜線寬度，加上采用窄脈沖技術，使原子熒光獲得極高的分析靈敏度和選擇性。采用激光光源可獲得多種元素的最佳檢出限。

4.3.2　原子化器

AFS的原子化器與AAS的基本相同，也可以使用火焰和無火焰原子化器來實現原子化，應注意的是火焰成分對熒光猝滅作用的影響。

（1）火焰原子化器　AFS中火焰原子化器的結構和工作原理與AAS中使用的相同，只是在AFS中無須采用長形火焰來增大吸收光程，而是采用截面為圓形的火焰，以提高熒光輻射強度和穩定性，并便于多元素分析。火焰中主要的熒光猝滅劑有CO、CO₂、N₂等，因此原子熒光分析盡量不用含碳的燃料氣體，而用氫氣-氬氣或氬氣稀釋的氫氣-氧氣火焰。

2H₂+O₂ 2H₂O+hν

（2）電熱原子化器　電熱原子化器除了具有和在原子吸收分析中同樣的優點外，還具有可以選擇猝滅效應小的氣體的優點，使原子熒光分析達到很低的檢出限。例如用高溫石墨爐在氬氣氣氛中，曾測得鋅、鎘、銻、鐵、鉈、鉛、鎂和銅的檢出限在2×10^-9g（鉈）到4×10^-14g（鋅）之間；用碳絲爐在氬氣氣氛中測得銀的檢出限為3×10^-11g，鎂的檢出限為1×10^-16g。

（3）電感耦合等離子體（ICP）原子化器　ICP原子化器的特點是原子化溫度高，且熒光效率高，散射現象少。ICP原子化器還有基體效應小、可同時測定多元素的優點。

（4）低溫原子化法　在AFS中，低溫原子化法即氫化物原子化法和測定Hg的冷原子化法也多有應用，冷原子熒光測汞已是美國EPA的標準方法，汞的檢出限可達pg·mL^-1數量級。

4.3.3　色散系統

原子熒光的光譜簡單，譜線較少，故無須高分辨能力的單色器，甚至可不用色散系統，或采用簡單的濾光片，即可檢測熒光信號。原子熒光要求單色器有較強的集光本領，以便得到盡可能大的信號強度。同時要求光路短（例如使用較小的單色器），這對200nm以下的波段尤為重要，因為在這個光譜區中空氣對輻射的吸收很顯著。

（1）色散型　色散元件是光柵。

（2）非色散型　非色散型用濾光器來分離分析線和鄰近譜線，可降低背景。

4.3.4　檢測器

色散型原子熒光光譜儀采用光電倍增管。非色散型多用日盲光電倍增管，其陰極由Cs-Te材料制成，對160～280nm波長的輻射有很高的靈敏度，但對大于320nm波長的輻射不靈敏。

4.3.5　多元素原子熒光分析儀

在各種原子熒光光譜分析儀器中，單通道原子熒光分光光度計的應用較多，也有利用兩個空心陰極燈供電脈沖之間的相位差，采用一個檢測器的雙通道儀器，分析效率提高。

原子熒光可由原子化器周圍任何方向的激發光源激發而產生，因此設計了多道、多元素同時分析儀器。它也分為非色散型與色散型。非色散型六道原子熒光光譜儀結構如圖4-4所示。

每種元素都有各自的激發光源在原子化器的周圍，各自一個濾光器，每種元素都有一個單獨的電子通道，共同使用一個火焰原子化器、一個檢測器。激發光源一定不能直接對著檢測器，實驗時逐個元素順序測量。