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海光讲堂 | 原子荧光光谱分析技术-光学系统篇

海光仪器
2019.11.29

摘要:本文简要描述了用于原子荧光光学系统的结构及其工作原理等。

由于原子荧光辐射强度在各个方向是完全相同,因此可从火焰的任何角度检测到被测元素的原子荧光信号,检测器与激发光源的光束必须成一定的角度。根据原子荧光光谱仪采用不同色散系统的结构可以分为两种类型:即非色散和有色散原子荧光光谱仪。

有色散原子荧光光谱仪仪比非色散系统多一个单色器,一般采用0.2米~0.3米光栅分光仪能满足要求。但是,为了提高原子荧光辐射强度,在入射光学系统必须采取了一系列措施,如增大照射的立体角来提高聚光本领;以及采用椭圆反射镜或狭缝处加上反射镜,才能提高原子荧光强度。

有色散光学系统的优点:

(1)抗杂散光的能力较强,光谱干扰少;

(2)可选择波长范围较宽的元素测定。

有色散光学系统的缺点:

(1)仪器结构比较复杂,成本较高;

(2)荧光辐射的能量损失较大;

(3)要求激发光源的强度很高;

(4)一般仅能单元素测定,难以实现多元素同时测定;

(5)测量时每个元素必须调节波长。

非色散光学系统的优点:

(1)仪器结构简单,价格便宜;

(2)光路为短焦距,荧光幅射能量损失少;

(3)在日盲光电倍增工作波段范围内,可同时检测某些元素辐射多条荧光谱线的总量。检测器可同时检测n条荧光谱线的总强度与被测元素的含量成正比,可以提高灵敏度,降低检出限;

(4)原子荧光辐射强度在各个方向几乎是完全相同。以利于因此,实现多元素同时测定;

(5)在仪器测量过程中无需调整不同元素波长,因此操作比较方便。 

非色散光学系统的缺点:

(1)较易受到杂散光的干扰;

(2)难以选择波长较宽范围的元素测定。

非色散原子荧光光谱仪的一个重要的特点就是可进行多元素测定。釆用不同结构的光学、电路系统,可实现多道原子荧光光谱仪,实现多元素的测定。根据原子荧光的基本原理,非色散原子荧光光谱仪的光学系统基本要求是检测器必需从偏离入射光的方向进行检测,即在几乎无背景条件下检测荧光强度。

单道蒸气发生-原子荧光光谱仪的光学系统的结构由一个空心阴极灯发出的光束经聚光镜会聚在石英炉原子化器的火焰中心,经激发产生的原子荧光,一般较多采用光源的入射光线成900射向光电倍增管聚光镜。以1:1的成像关系会聚成像在光电倍增管的阴极面上,两块透镜的焦距相同,物距=像距=60mm。

双道蒸气发生-原子荧光光谱仪的光学系统的结构示由两个空心阴极灯发出的光束分别经有各自的聚光镜会聚在石英炉原子化器的火焰中心,经激发产生的原子荧光,以与光源入射光线成450射向光电倍增管聚光镜,同样以1:1的成像关系会聚在光电倍增管的光阴极面上,三块聚光镜的焦距相同,物距=像距=60mm,可实现两个元素同时测定。

三道蒸气发生-原子荧光光谱仪的光学系统的结构主要是增加了一个空心阴极灯和一块透镜,即由三个空心阴极灯发出的光束分别聚集在石英炉原子化器上方的火焰中心,激发产生的原子荧光。其中有两道入射光线成45°,另一道入射光线成90°射向光电倍增管前方的透镜,同样以1:1的成像关系聚焦在光电倍增管的光阴极面上,四块透镜的焦距也都是相同的。可实现三个元素的同时测定。

四道蒸气发生-原子荧光光谱仪的光学系统,即由四个空心阴极灯发出的光束,分别聚集在石英炉原子化器上方的火焰中心,激发产生原子荧光。有两道入射光线成45°,另外两道入射光线成90°射向光电倍增管透镜,同样以1:1成像关系聚焦在光电倍增管的光阴极上,五块透镜的焦距也都是相同,可实现四个元素的同时测定。

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