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，再自發輻射出相同頻率(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）與激發光源強度成正比。從理論上講提高激發光源的強度，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或較低能態上離子的數密度成正比，與高能態上受激發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光源、原子化器/ 離子化器、分光系統、檢測系統以及控制和記錄系統組成。研究中因使用不同的激發光源和原子化器/離子化器，而使用不同的分光系統和熒光信號測系統。常見的熒光光譜分析系統如下圖所示。

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光源有兩方面的要求：①發射譜線寬 度較窄；②發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光源，是發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，以期發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光源具有選擇性激發的特點，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。