AFS仪器结构讲义-原子荧光.ppt

AFS系列双道原子荧光光度计 发展历史 基本原理和设计思路 氢化物发生原子荧光技术的发展历史 1974年Tsujii和Kuga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 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 氢化物发生原子荧光技术的发展历史 1983年北京地质仪器厂 即现在的北京科创海光仪器有限公司等研制了双通道原子荧光光谱仪 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 北京科创海光仪器有限公司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 我国学者的工作中主要突破有以下几方面 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 1 基本原理 1 1理论概述三大类原子光谱AAS AES AFSAFS三大突破a 光源 空心阴极灯b 氢化物 反应体系c 断续流动 进样系统 1 2荧光类型a 共振荧光 原子吸收的逆过程吸收的能量和释放的能量相等 b 非共振荧光 能量不相等1 3荧光猝灭使用氩气做载气和屏蔽气氩气作用 a 载气b 屏蔽气 基础知识 氢化物发生法其实质只是一个化学反应 一般是在在强还原剂或其它因素的作用下被测元素与H形成共价化合物 而这些化合物通常在室温条件下以气态形式存在 这些气体化合物被载气带入分析仪器的原子化区进行分析 氢化物发生法 目前用这种发生技术通常测定的素主要有 As Sb Bi Ge Sn Pb Se Te Zn Cd10个元素Hg采用蒸气发生法 AFS230E技术指标 检测线 D L As Se Pb Sn Te Bi Sb Zn 0 02ng mLHg Cd 0 001ng mlGeZn 2 0ng ml3 2 2精度 RSD 1 0 线性范围 大于三个数量级 1 4AFS的优点 非色散系统 光程短 能量损失少结构简单 故障率低灵敏度高 检出限低 与激发光源强度成正比接收多条荧光谱线适合于多元素分析原子化效率高 理论上可达到100 采用日盲管检测器 降低火焰噪声线性范围宽 3个量级没有基体干扰可做价态分析只使用氩气 运行成本低 1 5缺点 必须使用高强度激发光源 特制元素灯无色散系统 要求避光性能要好受氢化物反应限制和元素的特性限制 目前只能测量11中元素As Sb Bi Hg Ge Se Sn Te Pb Zn Cd 1 6与AAS HG的比较 光路简单 光程短可做多元素分析原子化效率高 对炉芯无特殊要求干扰小 记忆效应小灵敏度高 检出限低操作简单 1 7产品型号和特点 早期分立元件 微波源 无极放电灯 间断手动进样 主要XDY 1 2计算机技术 单片机 系统机 空心阴极灯 间断进样 3型 2A 120 220计算机技术和断续流动 进样方式改革2201 老230 自动进样 DOS系统Windows系统 串口控制 2202 230 2202E 230E 3000 3100 9600 9700 9800 2 仪器构成一条线结构 四部分 光源 氢化物发生 原子化系统 检测系统 2 1光源 高强度空心阴极灯纯度高 不自吸 寿命3000mA h 仪器电流是峰值 不是平均值 2 2光路 三个透镜 无色散元件2 3原子化器 屏蔽式石英炉2 3 1炉芯结构内气 氢化物蒸汽 氩气 氢气外气 氩气 作用如下 a 防止氢化物被氧化 降低原子化效率b 防止荧光猝灭 2 3 2特点a 原子化效率高 尽可能多产生基态原子b 没有背景发射 干扰小c 稳定性好 只需要氩气d 低温原子化 温度不可调e 记忆效应小2 3 3氢化物发生和反应体系还原反应 氩气 氢气火焰提供原子化温度金属 酸体系 氯化亚锡 酸 硼氢化物 酸 后者反应速度快 性能稳定 适合大多数元素 2 3 4氢化物发生的特点没有基体干扰原子化效率高氢化物蒸汽易于原子化 不需要高温不同价态的元素发身个氢化物反应的条件不同 因此可以做价态分析 2 3 5干扰a 液相 样品溶液中干扰元素优先反应 或形成络合物吸附被测元素的氢化物 消耗还原剂消除 加入一些基体改进剂或选择合适的酸度以及还原剂用量 b 气相 氢化物传输过程或原子化过程的的干扰 消耗氢基 降低被测元素的原子化效率消除 抑制干扰元素形成氢化物 或加入改进剂吸附干扰元素的氢化物 2 4进样方式 2 4 1间断 2 4 2连续流动 2 4 3流动注射 2 4 4断续流动 断续流动进样系统是北京海光公司的专利设计 实现了在线清洗 节省样品消耗 安全可靠 不存在转换阀的密封 漏液 腐蚀等问题 2 4 5反应系统和氢化物通路 使用中此部分最容易出问题 比如漏气或气路不通 断续流动氢化物发生技术 1992年 断续流动氢化物发生器应用于原子荧光光度计 它是一种集结了连续流动与流动注射氢化物发生技术各自优点而发展起来的一种新的氢化物发生装置 由海光公司将这种氢化物发生器配备在一系列商品化的原子荧光仪器上 从而开创了半自动化及全自动化氢化物发生 原子荧光光谱仪器的新时代 断续流动氢化物发生法的特点 采样量灵活多变 样品之间交叉污染少 记忆效应小 分析精度高 节省试样与试剂 结构简单 易于实现自动化 采样频率高 分析速度快 可单点绘制标准曲线等优点 1 节省试剂与样品 所采集的样品全部发生器了氢化反应并且荧光信号全部被采取和加和 因此获取单位灵敏度的样品及试剂量最少 采用断续流动进样 进样时间短 一般为5 6s 样品消耗量为0 7 2mL左右 2 结构简单 易于实现自动化 断续流动氢化物发生系统的基本构件包括 A 步进电机驱动的蠕动泵 B 蠕动泵泵头 C 蠕动泵管 D 混合模块 E 气液分离器 3 采样频率高 分析速度快 清洗与测定同时进行 从而大大缩短了分析时间 在清洗阶段明显提高了蠕动泵的转速 减小了清洗时间 选取断续流动方式采样 采样时间很短 一般在5s左右 分析一个样品的时间为20 30s 分析频率为120 150次 h 炉芯结构示意图在更换或清洗炉芯时要注意不要打碎 另外气管不要接错 载气接内管 炉丝要尽量和外管平齐 炉丝 2 5气路 自动控制 分成两路 一路是载气 一路是屏蔽气载气流量每分钟300 1000毫升 三个电磁阀控制屏蔽气流量每分钟500 1200毫升 三个电磁阀控制压力开关保护AFS 3000系列气路改进 随时关气气流量的选择 2 6检测和信号处理 和其它光谱仪器相同 包括光电转换 信号放大 采样和计算机处理 显示打印等电路控制 主机内主要有三块电路板a 前放 电流电压转换 信号放大b 主控板 提供信号控制和采样处理c 灯电源板 点亮阴极灯 2 7其它进样量1 0 1 5毫升炉高调节 数值是反方向预热灯电流2 8发展双道四灯和四道 开发新元素的测量方法