原子熒光光譜儀-- 原子熒光光譜儀的光源種類、工作原理
激發光源是原子熒光光譜儀的主要組成部分。在一定條件下熒光強度與激發光源的發射強度成正比,因此一個理想的光源應當具有下列條件:①發射強度高,無自吸②穩定性好,噪聲小③發射的譜線窄且純度高:④價格便宜且有足夠長的使用壽命,⑤操作簡便,不需復雜的電源,③適用于各種元素分析,即能制造出各種元素的同類型的燈。以下是幾種重要激發光源的介紹;
一、空心陰極燈
空心陰極燈是目前在原子熒光光譜儀中應用最廣泛的一種輻射光源。空心陰極燈是依靠陽極和空心陰極之間的放電激發的一種特殊的低壓輝光放電燈。通過陽極和陰極之間的放電作用,引起陰極濺射而產生原子蒸氣,同時也提供產生原子光譜的激發能量,激發蒸氣中的部分原子而產生原子光譜的,即整個光譜產生過程分兩步進行:濺射產生原子蒸氣和激發蒸氣中的原子。這種燈的優點是結構簡單,使用方便。缺點是上述兩種過程不能分開控制,改變如放電電流等一些放電參數,將同時對兩種過程產生影響。如增大供電電流,雖能增加特征共振光譜輻射的輸出,但同時也導致了特征共振光輻射的自吸收增大和共振變寬,輸出的譜線輪廓變壞;反之,如減小供電電流,雖減少了譜線自吸收和共振變寬,特征共振光輻射的譜線輪廓得到改善,但同時也減小了特征共振輻射的輸出。
二、高強度空心陰極燈
為了改進上述普通空心陰極燈存在的發光強度受限制的缺點,研制出了帶有輔助放電的高強度空心陰板燈其基本結構就是在普通空心陰極燈中增加了一對輔助電極,這種燈的特點是試樣兩個獨立的放電,一個是空心陰極放電,另一個就是輔助電極間的低壓大電流電弧放電(二次放電),部分未被激發的原子蒸氣與輔助電極放電所形成的等離子區的粒子相互碰撞而被激發。這種二次獨立放電激發的方式改進了普通空心陰極燈遇到的制約因素,大大提高了空心陰極燈的總輻射強度。
三、微波無極放電燈
?在早期的原子熒光光譜儀器研究中,無極放電燈是被廣泛采用的一種光源,這是由于無極放電燈輻射強度更高,自吸收小,壽命長,特別適用于那些在短波長區域內有共振線的易揮發元素分析。而高強度空心陰極燈在對這些元素進行分析時,必須在很低的電流下工作,否則燈的壽命太短,而低電流發射的光譜強度又太弱,無法滿足實際測量的要求。
微波無極放電燈的工作原理為:將無極放電燈置入微波諧振腔內,在微波電場的作用下首先將燈中充填氣體加熱,形成高溫等離子區,然后含有待測元素的原子或其化合物(鹵化物)的填料也被加熱蒸發進入等離子區,這些填料在高溫等離子區中被原子化并被激發而發射出含有待測元素的特征原子譜線的光輻射。雖然微波無極放電燈曾被廣泛應用于原子熒光光譜分析中,但是這種燈也存在著許多缺點,主要有穩定性與操作人員水平密切相關,無極放電燈在諧振腔內的位置只能憑經驗調節,不易掌握;微波輻射對操作人員身體可能造成損害等。隨著新型光源的開發應用,這種燈在原子熒光的商品儀器中已不再使用。
四、激光光源
由于激光具有單色性好、相干性強、方向集中和功率密度高等優點,尤其是各種倍頻技術的出現,使得激光輸出波長迅速向紫外區延伸。激光作為原子熒光光源的最主要的一個優點。就是可實現飽和激發。在通常情況下(在低濃度和低光源強度下),原子熒光強度與激發光源強度成正比,即激發光源越強,所得光強度信號越大,因此信號的穩定性與激發光源的穩定性有關。由于激光的功率密度很高,用激光作原子熒光的激發光源,其輸出的高強度特定波長的光能量可以將原子蒸氣中的待測元素的原子全部激發到預定的激發態而實現飽和激發。所得的熒光強度信號與光源的穩定性無關。這一點是激光作為原子熒光光源的最理想的特點。另一個優點,就是降低了似器的檢出限,擴大了儀器的動態測量范圍。由于激發光源很強。加上現在用于原子熒光的波長可調的激光光源都是脈沖輸出,配合以適當的時間門電路,可以使得只有熒光發射期間的光信號進入檢測系統而避免熒光發射期間以外的雜散光對測定的影響,提高了儀器的信噪比,降低了檢出限,擴大了工作曲線的低端測量范圍。
但激發光源也有其不足之處,如不能多元素同時測量,削弱了原子熒光可以進行多元素同測的能力;結構復雜、價格昂貴,因此到目前為止還沒有商品儀器。但隨著激光技術的快速發展,上述問題有望得到解決。
其次,一個穩定而強的連續光源,是原子熒光光譜分析的一種理想光源。它不僅可應用于多道儀器的多元素同時測定,而且與線光源相比,還可以精密測量激發線鄰近的散射光。如果僅用一個線光源,識別假信號和熒光信號往往是十分困難的。用線光源直角射火焰槽,則所得的工作曲線在某一確定的濃度上呈現一個敏銳的極大值,此后熒光強度發生急劇下降。而在用連續光源的理想排列情況下,只有在高含量時才發生一個平頂峰。從分析觀點來看,這是一個很明顯的優點。使用連續光源的一個主要缺點是一定要用單色器,因為這是現在分離譜線的唯一方法。常用的連續光源是氙弧燈,常用的銳線光源是高強度空心陰極燈、無極放電燈、激光等。連續光源穩定,操作簡便,壽命長,能用于多元素同時分析,但檢出限較差。銳線光源輻射強度高,穩定,可得到更好的檢出限。遺憾的是到目前為止,在實際應用上,線光源與連續光源比較還是前者領先,其原因是現代連續光源的強度較低。
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