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話說原子光譜分析技術

知識百科

    原子光譜分析技術作為一種分析化學技術已經在地質、冶金、食品、環境等領域得到了比較廣泛的應用 。 通過原子光譜我們可以得到被測物質中元素的含量，可以進行定性和定量的分析 。 通過與色譜儀器的聯用還可以進行元素形態的分析 。 原子光譜儀器是分析儀器領域的重要種別，目前正處于快速發展的階段，往便攜化、智能化等方向前進 。
    原子光譜分析主要分成如下三大類：原子發射光譜、原子吸收光譜和原子熒光光譜 。
    原子發射光譜可以分析物質的全譜，通過高能激起源激發原子的外層電子，使外層電子從穩定的基態激發到不穩定的高能態，這一過程屬于受激過程；然后，電子從高能態會自由躍遷到基態，在這一過程會發射不同頻率的光譜，這些特征光譜與元素含量息息相關，光譜的能量與元素的含量成比例關系 。 原子發射光譜分析技術中激起源起到了至關重要的作用，目前，ICP（電感耦合等離子體激起源）是常用的激起源，ICP電源的研制是原子發射光譜儀器系統的核心 。 原子發射光譜譜信息豐富，傳統儀器通常采用機械裝置帶動分光系統進行光譜色散，其對機械系統提出了較高要求，直接影響到光譜分辨率 。 目前，前沿的光譜儀器采用CCD技術進行全譜分析，取消了機械裝置，進步了光譜分辨率 。
    原子吸收光譜是一種吸收譜，當具有某一特征頻率的激發光通過某一氣態物質之后，假如氣態物質中含有與特征光譜相匹配的元素，那么該元素的外圍電子會吸收該特征光譜的能量，并且躍遷到原子的其他能級 。 在檢測端我們能夠發現特征頻率的激發光信號變弱，形成吸收譜 。 原子吸收光譜首先是通過觀察太陽的發射光譜發現的，當太陽的全譜通過大氣層之后，某些頻譜被大氣中的物質吸收，形成了玄色譜線 。 原子吸收光譜儀前端需要特征光源，目前這種特征光源通常采用空心陰極元素燈，為了進步測試效率，通過自動換燈裝置實現多元素高效丈量 。 原子吸收光譜儀的后端通過光電倍增管實現光電轉換和電信號放大，然后信號通過前向通道放大處理之后進進數據采集系統，經過采樣、量化、信號預處理之后將信息傳輸給計算機，計算機軟件再進行定性、定量分析 。 原子吸收光譜分析儀較原子發射光譜儀簡單，目前，在國內從事原子吸收光譜分析的廠商較多，競爭較為激烈 。
    原子熒光光譜分析技術介于原子發射和原子吸收之間，儀器系統的前端類似于原子發射，后端等同于原子吸收 。 當氣態原子吸收到某一特征譜線能量之后，原子核外電子會被激發到某一不穩定的軌道，然后在很短的時間內再次躍遷到其他能級，在躍遷過程中會發射與激發光源相同的光譜，這種光被稱之為熒光（二次光） 。 通過分析發現，在一定的實驗條件下，熒光的光強與元素在物質中的含量成正比例關系，因此通過檢測熒光可以定性和定量分析元素的含量 。 原子熒光光譜被發現之后一直沒有成功的儀器誕生，直到西北有色金屬研究院的郭曉偉等人將氫化物發生用到原子熒光光譜分析之后，全球第一臺原子熒光光譜儀在中國誕生 。 在原子熒光光譜分析中，銳線光源十分重要，目前這種銳線光源通常采用空心陰極燈，這種空心陰極燈與原子吸收分析中的燈是不一樣的 。 在原子化器方面可以采用傳統的火焰原子化方法，也可以采用最新的石墨爐原子化器 。 國內普析通用在石墨爐原子化器儀器方面較為成功 。 后真個丈量系統與原子吸收類似，無需特殊的色散系統，可以通過光電倍增管直接進行熒光信號的檢測 。 原子熒光光譜能夠分析Hg、As等元素，可以在環境、食品安全方面大顯生手 。