原子/離子熒光光譜理論基礎及實驗裝置

一,、原子/離子熒光光譜理論基礎                    -

離子熒光光譜(ionic fluorescence spectrometry,， IFS)分析是在原子熒光光譜(atomic fluorescence spectrometry,， AFS)分析的基礎上發(fā)展起來的,。理論上講,，原子熒光,、離子熒光是原子或離子吸收特定頻率的光子后躍遷至高能態(tài)，再自發(fā)輻射出相同頻率(共 振熒光)或不同頻率(非共振熒光)的各向同性光子的過程。下面對離子熒光的概念加以敘述,。

所謂離子熒光,，即在原子/離子化器中處于較低能態(tài)的離子吸收特定頻率的光子后再輻射出各向同性光子的過程。按照產生熒光光子的頻率與吸收光子頻率相同或不同,，也可將離子熒光分為共振熒光和非共振熒光兩類,。下圖所示為離子熒光產生過程示意圖。

原子熒光,、離子熒光光譜分析中,，當實驗條件一定時，熒光信號強度（開始飽和前）與激發(fā)光源強度成正比,。從理論上講提高激發(fā)光源的強度,，即可增加原子熒光、離子熒光信號強度,，這為提高原子熒光,、離子熒光分析的靈敏度提供了一個有希望的途徑。但 是,，這一特性也將受到熒光飽和效應的限制。與原子熒光信號強度的影響因素一樣,，離子熒光信號強度與處于離子基態(tài)或較低能態(tài)上離子的數密度成正比,，與高能態(tài)上受激發(fā)離子的熒光量子產率也有關。離子熒光同樣也存在熒光猝滅現象,。

二,、等離子體原子/離子熒光光譜實驗裝置

進行等離子體原子熒光、離子熒光光譜分析的實驗裝置基本一致,，僅需更換某些部件即可在同一實驗裝置上同時進行原子熒光,、 離子熒光光譜研究。這樣的實驗裝置主要由激發(fā)光源,、原子化器/ 離子化器,、分光系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)以及控制和記錄系統(tǒng)組成,。研究中因使用不同的激發(fā)光源和原子化器/離子化器,，而使用不同的分光系統(tǒng)和熒光信號測系統(tǒng)。常見的熒光光譜分析系統(tǒng)如下圖所示,。

根據原子熒光,、離子熒光光譜分析原理，對等離子體原子熒光/離子熒光光譜分析的激發(fā)光源有兩方面的要求：①發(fā)射譜線寬 度較窄,；②發(fā)射譜線的強度足夠高,，以降低熒光光譜分析的檢出限。對研究者和生產廠家而言,，簡單,、實用的原子熒光/離子熒光光譜分析的激發(fā)光源,，是發(fā)展等離子體熒光光譜的關鍵。脈沖供電空心陰極燈是較常用的原子熒光光譜分析的激發(fā)光源,，染料激光器是等離子體離子熒光光譜研究較可行的激發(fā)光源,，并開展了實驗室水平的研究，檢出限可達0. 2 ng/mL,，但利用這樣復雜,、 昂貴的光源進行離子熒光光譜儀器的商品化幾乎是不可能的。為 此,，對簡單,、實用的 HCL 進行供電方式的改變，使其工作在微秒寬脈沖供電狀態(tài),，以期發(fā)展離子熒光光譜分析技術,，成為國內外學者關注的一個重要研究方向。

等離子體原子熒光/離子熒光光譜分析中,，較常見的原子/離子化器是 ICP,。自從 ICP 作為熒光光譜分析的原子化器、離子化器 后,，由于其較高的激發(fā)溫度,、樣品在等離子體中較長的滯留時間， 一直被認為是 AFS/IFS 研究中較有效的原子化器,、離子化器,。對微波等離子體用作原子/離子熒光光譜分析研究表明，微波誘導等離子體(microwave induced plasma,， MIP)以及微波等離子體炬(microwave plasma torch,， MPT) 也可以用作原子熒光、離子熒光光譜的原子/離子化器,。

等離子體中的原子,、離子受激發(fā)后產生的熒光具有各向同性的特征，使得本來就弱的熒光信號更難收集,，方法的檢測靈敏度也往往受到收集熒光信號的立體角限制,。在現有的商品儀器或許多實驗系統(tǒng)中，熒光信號檢測光路的安排一般是將各種反射鏡置于等離子體原子/離子化器周圍,，以提高熒光信號的收集效率,。一般地說， 熒光光譜分析中都使用單色儀或光學干涉濾光片作分光裝置,。由于 熒光光譜分析的激發(fā)光源具有選擇性激發(fā)的特點,，產生的熒光光譜較簡單，對分光裝置的要求可不必像原子發(fā)射光譜那樣嚴格，甚至使用光學干涉濾光片仍能等到滿意的結果,。為提高信噪比,，改善分析方法的檢出限，通常采用門電路檢測裝置(如 Boxcar 積分器)或相位放大器進行信號測量,。光電轉換元件為光電倍增管 (photo multiplier tube,， PMT)，使用脈沖供電的 PMT 可以克服等離子體光源背景輻射等因素產生的直流信號,，從而使 PMT 產生疲勞現象口可,，改善 PMT 的線性動態(tài)范圍，降低等離子體熒光信號觀測中的白噪聲,，有利于熒光分析方法檢出限的改善,。

此外，由計算機對等離子體原子/離子熒光光譜分析儀器的自動控制,、信號處理,、數據記錄等來實施和完成，也是分析儀器自動化的標志,。