原子荧光光原理

1 前言 　　自从1964年Winefordner等首次提出原子荧光分析理论可作为一种新的原子光谱分析方法以来，已经过了50年的发展历程，原子荧光分析技术在不断发展和完善，原子荧光仪器也在不断推陈出新。 　　我国在原子荧光光谱分析技术的研究虽然比国外晚了近十年。但是，从上世纪70年代中期就开始了原子荧光分析技术的研究，进入80年代后对蒸气发生-原子荧光分析技术的研究得到了飞速发展。 　　1975年西北大学杜文虎等研制成功了冷原子荧光测汞仪，可测定粮食、土壤、矿物等样品中的微量汞。 　　1977年中科院上海冶金研究所和上海机械制造工艺研究所合作，研制成功以高强度空心阴极灯作为激发光源，氮屏蔽空气-乙炔火焰作原子化器的原子荧光光谱仪。该仪器可检测铝合金、镁合金、球墨铸铁等样品中的锌、镉和锰等元素。 　　1979年郭小伟、杨密云等研制了单道氢化物无色散原子荧光光谱仪科研样机，釆用溴化物无极放电灯作为激发光源，克服了国外碘化物无极放电灯碘对铋产生的严重光谱干扰，测定了微量砷、锑、铋等元素。开创了氢化物发生-原子荧光光谱法，从而为我国的VG-AFS的发展奠定了基础，做出了重要贡献。 　　1981～1983年郭小伟(西北有色地质研究所)和张锦茂(地矿部物化探研究所)的两个研究小组合作，研制成功了以溴化物无极放电灯作激发光源的&ldquo WYD-2型蒸气发生-双道原子荧光光谱仪&rdquo 。与此同时，张锦茂等开展了地球化学样品中As、Sb、Bi、Hg等两个元素同时测定分析方法的研究，取得了令人满意的分析结果。该仪器于1983年通过了地质矿产部和冶金工业部的样机鉴定，这是我国研制成功并迅速转化为商品化仪器的第一台蒸气发生-双道原子荧光光谱仪的科研样机。 　　1983年，按照地矿部的统一步署，由郭小伟和张锦茂负责指导协助，北京地质仪器厂(现海光仪器公司)顾根桃同志负责接产，三方共同合作将科研科样机转化为商品化仪器，开发研制成功了我国第-台蒸气发生-双道原子荧光商品化仪器&ldquo XDY-1双道原子荧光光光谱仪&rdquo 工业样机，并于1985年通过了地矿部物化探局组织的样机鉴定。鉴于在&ldquo 双道氢化物无色散原子荧光光谱仪的研制和投产及方法应用研究&rdquo 领域的突出贡献，1987年地质矿产部授予郭小伟、张锦茂和顾根桃三人，地矿部科技成果二等奖。从此，开启了原子荧光分析仪器商品化规模生产之门。 　　30多年来，经过我国两代科技工作者的共同努力，在激发光源、蒸气发生进样系统、石英炉原子化器、低温原子化技术等关键技术上有了较大的发展，使我国的商品仪器不断得到改进和完善。可测的元素由早期仅能分析6种， 扩大到16种 仪器检出限降低了1～2个数量级 精密度由&le 5% 降低到&le 1% 且由手工操作发展到半自动和智能化全自动测定。蒸气发生-原子荧光已成为具有中国自主知识产权的分析仪器。目前，我国无论在仪器的研发、分析方法的研究和推广应用等方面，均处于国际领先水平。 　　近年来, 我国原子荧光光谱仪的生产企业也在不断增加，目前己发展到超过10家。据不完全统计我国现有各种型号的原子荧光光谱仪保有量达10000台以上。仪器产量不仅能满足国内的需求，还出口到加拿大、美国、意大利、阿根廷、伊朗、波兰、乌兹别克斯坦、墨西哥、泰国和老挝等国。 　　原子荧光光谱法首先在地质找矿系统得到应用，继而逐渐推广到环境监测、食品卫生、城市给排水、检验检疫、农业环境、冶金钢铁、药品检验和商检等领域得到了广泛应用。并在各个领域中先后建立了相关的国家标准、行业标准和地方标准，截至2011年5月为止已建立的各项标准己达111项。正是这些标准的建立，有力推动了我国原子荧光光谱仪的推广和普及，现已成为众多实验室常规的分析仪。 　　近两年来，我国的科技工作者对原子荧光进行了深入研究，作了大量的工作，取得了丰硕成果。本文仅对2012～2013年推出的商品化原子荧光新产品、新技术、专利、发的论文数和新颁布的国家标准等，进行了较为详细的阐述。 　　2 2012～2013年推出各种新型的商品化原子荧光光谱仪 　　2.1 国际上首台便携式原子荧光光谱仪问世 　　常规原子荧光光谱仪属于实验室大型分析仪器，鉴于其较大的体积、功耗和重量，工作人员无法携带该类仪器到污染现场进行应急检测。美国国家环境保护局(EPA)看好原子荧光分析技术的前景，也格外关注其在痕量及超痕量重金属检测领域便携化和现场化的研究。2002年，给予 Frontier Geosciences公司专项资助，力图研发基于微等离子体的便携式氢化物发生-原子荧光光谱仪及相关技术，以实现水中超痕量砷的现场快速检测。遗憾的是，由于无法实现现场检测、检出限较差，再加上单次分析时间过长(大于30分钟)和损害操作者身体健康等因素，该项研究最终以失败而告终。 　　北京瑞利分析仪器有限公司在2013年第十五届BCEIA展会上推出了世界上首台用于现场快速检测的PAF-1100便携式原子荧光光谱仪(图1)。便携式原子荧光光谱仪的重量仅为10Kg，功率仅为12W。其体积、重量和功率仅为与常规原子荧光光谱仪的1/5、1/6和1/20，但是具备与常规原子荧光光谱仪相同的技术指标，可携带到现场进行重金属污染的快速检测。在分析方法上，首次以精确定量预制成片剂的环境友好型试剂-固体酸全面取代具有危险性和毒性的液体盐酸、硝酸、磷酸和硫酸，极大地简化了现场分析的复杂程度。 图1 PAF-1100便携式原子荧光光谱仪 　　便携式原子荧光在高度集成的低功耗进样技术、低功耗全封闭原子化技术、数字化对光技术、超短焦距光学系统、自适应尾气排放系统、电源模块、智能化传感技术、双模式气路系统、微型光电检测系统、无线通讯技术、固体酸及硼氢化钾压片技术等十余项涉及原子荧光子模块的自主知识产权关键技术领域获得重大突破，累计申请专利已经超过45项。便携式原子荧光光谱仪的研制成功，填补了国内外该领域的空白，在国际市场上也有着较大的竞争力和应用前景。所形成的技术平台以及所突破的关键技术可以直接应用于常规原子荧光仪器，直接推动其技术进步与产业升级，提高市场竞争力。 　　2.2 常规蒸气发生-原子荧光光谱仪的发展 　　两年来，各生产企业推出常规的蒸气发生-原子荧光光谱仪，在进样系统、光学系统。气路系统、蒸气发生反应系统、电气系统、气液分离系统、原子化系统等方面有了较大的改进，仪器结构和工业造型都得到了较大的发展。 　　2.2.1 AF-2000系列顺序注射原子荧光光谱仪 　　北京瑞利分析仪器有限公司在2012年推出基于新一代顺序注射进样技术和无线通讯技术的AF-2000系列原子荧光光谱仪(图2)。在2000系列技术平台上，包含AF-2100(单道)、 AF-2200(双道)和AF-2300(三道)三个基础型号。在国内外首次实现了原子荧光仪器的高可靠性无线通讯，首次将商品化蒸气发生-原子荧光光谱仪的测量元素范围扩展至包括Cu、Ag、Au、Co、Ni等在内的16种元素。 　　2000系列原子荧光光谱仪定位于高端市场，采用全新的工业造型及可靠的方钢梁框架式结构设计，使用高品质元器件和经过可靠性设计与验证的电气系统，体现出高端仪器应有的品质、可靠性和技术水平。将传统顺序注射流路中双泵三阀系统的二维流路系统优化设计为高度集成三维空间流路的新一代双泵双阀顺序注射流路系统，流路系统更加简洁和可靠。自主开发了热固化成型工艺技术，将存样环设计为具有较好的视觉形象效果和维护性的一体化可更换模块。自主开发的压力平衡式四通混合模块，极大地改善了流体传输的稳定性，可获得极佳的信号平滑度和重现性，重复性较传统原子荧光改善50%。专门针对顺序注射进样系统开发的微死体积、高韧性、免维护自动进样器采样针，能承受包括氢氟酸在内的任何强酸和强碱溶液的腐蚀，彻底解决了一直为广大分析工作者所诟病的石英采样针易碎的问题。首次将基于2.4GHz ISM频带的低功耗无线通讯技术应用于原子荧光与计算机终端之间的数据传输与控制，使用者离开分析现场，也可以远程控制实验室中的原子荧光完成全自动分析过程。首次将智能化的理念贯彻到原子荧光仪器的设计中，将智能化漏液监测、高精度数字化气路系统压力监测和原子化室避光监测用于原子荧光，提高了整机的智能化程度。 图2 AF-2000系列原子荧光光谱仪 　　2.2.2 AFS-9500全自动四位灯顺序注射式氢化物发生原子荧光光度计 　　北京海光仪器公司在2013年第十五届BCEIA展会上推出了AFS-9500全自动四灯位顺序注射式氢化物发生原子荧光光度计(图3)，其性能特点如下：四灯位、双注射泵、双通道全自动测量 最新顺序注射进样专利技术、夹管阀和注射泵的完美组合，无残留、无死体积、无交叉污染 试剂间相互隔离，扩散混合效应小，灵敏度高 还原剂注射泵采用特殊材料、无腐蚀、无漏液 原装进口注射泵、可靠性高，取样准确度优于0.05% 130位三维超静音全自动进样器智能化运行。 图3 AFS-9500原子荧光光度计 　　2.2.3 PF5/PF7系列原子荧光光度计 　　北京普析通用仪器有限责任公司在2013年第十五届BCEIA展会上推出了PF5/PF7系列原子荧光光度计(图4)，适用于As、Se、Pb、Bi、Te、Sn、Sb、Hg、Cd、Zn、Ge等十一种元素的日常痕量分析，主要特点：注射器采用纯水介质，解决了酸、碱溶液对计量器具的损坏问题。免调元素灯使每一支元素灯都工作在最佳状态，避免了人为因素造成的偏差。石英炉原子化器自动设置最佳工作区域，无需目视调节，方便准确。双光束单检测器光学系统，有效扣除激发光源漂移和波动，汞测试长期稳定性小于10%。气动流路系统，恒压恒流进样偏差小，长时间测试，同一样品测试准确度优于5%。可实现在线、反向、多重清洗，样品残留小，可测试最高浓度比现有技术高2倍。气液分离器，制冷除水、搅拌混匀，灵敏度比现有技术提高30%。 图4 PF5/PF7系列原子荧光光度计 　　2.2.4 RGF-8700原子荧光光度计 　　北京锐光仪器有限公司在2013年第十五届BCEIA展会上推出了RGF-8700原子荧光光度计(图5)，获得BCEIA金奖。适用于样品中砷、汞、硒、铅、锗、锡、锑、铋、镉、碲、锌、金等十二种元素痕量分析。主要技术特点：三通道三元素同时测定 模块化设计 第二代进口注射泵与蠕动泵联用的内置式断续流动进样装置 拥有自主知识产权的电磁阀应用：摒弃了传统的单向阀、多道通阀和夹管阀 激发光源漂移校正的检测器应用 独家配备断续进样及连续进样方式两种进样方式自动切换功能 独家配备蠕动泵进样与注射泵进样自动切换功能 采用十滚轴、六通道、每通道可独立调节的专用蠕动泵 采用恒流脉冲的供电方式 具备氢化物发生原子荧光测量尾气中有害元素的捕集阱 采用新式密闭二级气液分离装置 采用独特设计的屏蔽式石英炉低温原子化器 最先进的膜分离式气液隔离装置 气路系统采用阵列式结构:自动精确控制气体流量 一键测量功能:实现操作全自动化，并配备145位圆盘自动进样器。 图5 RGF-8700原子荧光光度计 　　2.2.4 AF-7550双道氢化物-原子荧光光度计 　　北京东西分析仪器有限公司在2013年第十五届BCEIA展会上推出了AF-7550双道氢化物-原子荧光光度计(图6)。采用质量流量计气路控制模块，气体流量控制精密、准确，流量可以连续调节，一致性好，稳定可靠。采用编码空芯阴极灯，仪器自动识别元素灯，并可监控空芯阴极灯使用寿命。三维立体可调灯架设计，可以使元素灯光束更好的聚焦火焰的最佳位置。三维立体可调远红外加热原子化器，可以调整灯光照射火焰的最佳位置，使用了先进的远红外加热原子化器，仪器升温更快，恒温精度更高，使用寿命更长。 图6 AF-7550双道氢化物-原子荧光光度计 　　2.2.5 AFS-GD300原子荧光光度计 　　天津港东科技发展股份有限公司在2013年推出自主研发的AFS-GD300双通道原子荧光光度计(图7)。产品特点：特制的双层石英炉芯，有效地减少了荧光猝灭的发生，提高了仪器的精密度。专利设计的空心阴极灯固定装置，不需要人工调节灯的方向角度，使空心阴极灯的安装固定和更换更加的简单、便捷。先进的气体流量控制器分开控制载气和屏蔽气的流量，无级调速使气体流速调节更加精确化，在气流控制上更加灵敏。全新设计的气液分离器，采用两级气液分离系统，气液分离更加彻底，接口更加严密，消除了蒸汽对测试结果的影响。 图7 AFS-GD300原子荧光光度计 　　2.2.6 KDR-AFS1101原子荧光光谱仪 　　北京凯迪瑞分析仪器有限公司在2013年推出KDR-AFS1101原子荧光光谱仪(图8)，用于As、Sb、Bi、Hg、Zn、Cd等十一种元素的痕量分析。主要特点有：采用编码空芯阴极灯技术，软件自动识别空芯阴极灯类型 全新设计机械机构更为紧凑，采用相同基准光学平面，原子化器中心与光学焦点有更高的重合度 采用分离式化学反应系统，氢化物反应均匀完全，气水分离效果更佳，临界气体压力自动报警，防止回火爆鸣。 图8 KDR-AFS1101原子荧光光谱仪 　　2.3 直接进样原子荧光分析技术 　　北京吉天仪器有限公司在2013年第十五届BCEIA展会上推出基于电热蒸发原子荧光光谱法的DCMA-200直接进样汞镉测试仪(图9)。DCMA-200可用于固体、液体样品中汞(Hg)和镉(Cd)的同时或分别分析测量。3到5分钟时间，就可以得到准确的分析结果。整个分析过程无需任何化学试剂，不产生任何废液，废气。因其超低功耗，可应用于野外、现场应急监测等特殊环境。 　　其工作原理如下：空气气氛下，样品在石英管式炉中被加热，分解物进一步被空气载带进入管式催化燃烧炉中，汞被有效分离出来，后被镀金石英砂选择性捕获形成金汞齐 经过加热处理的样品，被置于碳素裂解炉中加热，此时样品中镉以及有可能残余的汞都被汽化蒸出，蒸出物首先经过一级钨丝原子阱，原子态镉被选择性的捕获在钨丝上，汞则被置于钨丝原子阱后的镀金石英砂管捕获 之后，在先后对钨丝、镀金石英砂管加热，镉、汞先后被蒸出，载带至原子荧光光谱仪中分别分析检测。 图9 DCMA-200直接进样汞镉测试仪 　　2.4 液相色谱-原子荧光联用仪 　　2005年，北京瑞利分析仪器公司和吉天仪器公司先后推出了商品化液相色谱-原子荧光联用仪，为我国应用液相色谱-蒸气发生/原子荧光光谱(HPLC-VG/AFS)联用仪的发展开了先河，近年来各生产企业也相应得到较快的发展。 　　2.4.1 LC-AFS 6000液相色谱-原子荧光联用仪 　　北京海光仪器公司在2013年第十五届BCEIA展会上推出了LC-AFS6000液相色谱-原子荧光联用仪(图10) 检测项目包括As(Ⅲ、Ⅴ)、DMA、MMA，线性范围大于三个数量级，相对偏差5%。LC-AFS6000的性能特点：全新一体化设计 可做形态分析和总量分析、自动切换 带有柱温控制、提高色谱柱稳定性、流速均匀、安全可靠 测量速度快、紫外消解效率高 特殊设计的紫外消解装置、消解效率高，柱后展宽小 数据采集可以用模拟信号方式输出，直接配接各类商品的色谱软件。 图10 LC-AFS6000液相色谱&mdash 原子荧光联用仪 　　2.4.2 SA5/SA7系列原子荧光形态分析仪 　　北京普析通用仪器有限责任公司在2013年第十五届BCEIA展会上推出了SA5/SA7系列原子荧光形态分析仪(图11)，采用高效液相色谱与原子荧光联用技术，可用于砷、汞、硒、锑等元素的形态分析。具有免维护、免调试、更稳定、更环保的特点。无磨损件的气动流路系统，彻底摆脱蠕动泵的维护烦恼。检测器内置形态分析接口，分析模式软件切换，无需手动调试安装。检测器与形态分析共存两套氢化物反应系统，专用的反应系统更符合形态分析的工作特性。气液分离器，制冷除水、搅拌混匀，灵敏度比现有技术提高30%。气源流路系统，恒压恒流进液稳定，基线长期噪声小于4mV。石英板式消解池，流路受光面积大，紫外线利用率提高2倍。 图11 SA5/SA7系列原子荧光形态分析仪 　　2.4.3 SA-30现场形态分析仪 　　北京吉天仪器有限公司在2013年第十五届BCEIA展会上推出用于现场、快速、准确测定的SA-30现场形态分析仪(图12)。将整体柱用于重金属形态分离，可在很低的柱压下实现高效分离，结合小型的低压液相泵及&ldquo 高效灯内紫外处理&rdquo 技术，实现了重金属形态分析的便携化。可实现不同形态元素的现场快速分离和检测，与制样和控温混旋提取系统配合，覆盖重金属形态现场分析检测全过程。可以现场快速检测重金属形态，使包括样品前处理在内的分析全过程在1h内完成。 图12 SA-30现场形态分析仪 　　2.4.4 SA-6230原子荧光形态分析仪 　　北京锐光仪器有限公司推出SA-6230原子荧光形态分析仪(图13)，利用原有的原子荧光光度计进行升级改造，可升级为价态分析的形态分析仪产品。 图13 SA-6230原子荧光形态分析仪 　　2.4.5 KDR-AFS1101NS原子荧光形态分析仪 　　北京凯迪瑞分析仪器有限公司在2013年推出KDR-AFS1101NS原子荧光形态分析仪(图14)，可对测试样品中的砷、汞、硒等元素进行形态分析测试。形态分析功能支持双元素同时测试 模块化功能设计，原子荧光主机可与形态分析单元分离单独进行原子荧光分析 严格设计、优化计算液体流路，柱后体积小、出峰时间快 高强度紫外线在线消解装置，样品无机化程度高、管路体积小、停留时间短 特殊设计紫外消解光室，利于紫外灯管散热、无紫外线泄露，保护测试人员免受伤害 六通阀触发控制工作站采样，出峰时间一致便于软件计算 专用液相-原子荧光工作站软件，实时谱图显示，长时间连续数据采集 测试采集数据以数字信号输出，不受外界电磁环境影响，信号无失真。 图14 KDR-AFS1101NS原子荧光形态分析仪 　　2012～2013年推出的商品化原子荧光光谱分析新技术、专利、发的论文数和新颁布的国家标准等内容见：2012~2013原子荧光光谱盘点：技术、专利、论文、标准 作者：北京瑞利分析仪器有限公司 梁敬 　　梁敬(右)与原子荧光光谱仪发明人之一张锦茂先生(左)在2013年BCEIA展会

2012～2013年推出的商品化原子荧光新产品见：2012~2013原子荧光光谱盘点：新产品 　　3. 原子荧光分析技术的最新进展 　　3.1 固体酸技术 　　在常规实验室分析中，原子荧光所使用的酸均经过浓酸稀释得到。浓酸一般为具有极强挥发性、腐蚀性和刺激性的浓盐酸和浓硝酸，或者具有极强腐蚀性和脱水性的浓硫酸和浓磷酸。在使用上述酸时，需要在通风橱中使用移液管进行定量移取操作，同时需要采取严格的安全防护措施。北京瑞利分析仪器有限公司开发了一种精确定量的预制固体酸压片(图15)，以固体的酸替代液体的盐酸、硝酸、硫酸和硫酸，具有较好的便携性，安全性高，使用简单，可以大大简化分析过程。 图15 预制固体酸片剂 　　3.2 脉冲式自控低温点火原子化技术 　　与原子化技术相关联的原子化器是原子荧光的核心器件，其主要作用是点燃氩氢火焰和实现蒸气发生反应过程中所生成待测元素气态物质的高效原子化。原子化器原子化效率的高低决定了分析灵敏度的强弱，原子化器的可靠性直接影响到原子荧光整机的稳定性。氩氢火焰的点燃与否和原子化器温度是否稳定是决定原子化器是否可靠的决定性因素，前者直接决定了分析信号的有无，后者则决定了分析信号是否稳定可靠。 　　目前商品化原子荧光光谱仪普遍采用的原子化器，其功能主要分为：点火和控温。点火主要通过原子化器顶端的点火炉丝加热来实现。由于长期工作在在强腐蚀性的酸性环境中，且直接与空气接触，加速了其老化过程，最终导致点火失败，致使原子荧光无法正常检测。 　　新&mdash 代脉冲式自控低温点火原子化技术(Pulse Firing Self-Controlled Temperature, PFSCT)，是北京瑞利分析仪器有限公司根据VG-AFS&ldquo 低温原子化技术&rdquo 的原理，开发的一种全新的点火和自动控温装置，基于脉冲式工作原理的陶瓷点火针和自控温正温度系数加热陶瓷材料，可以达到目前广泛应用的低温石英管原子化器点火技术相同的指标。该装置的优点：可以无需使用屏蔽气，氩气消耗仅为200 mL/min 平均功率仅为5 W,使用寿命可长达5年以上。点火装置采用全陶瓷材料，具有优异的抗腐蚀、抗老化性能和极佳的机械强度。 　　3.3 数字化对光技术 　　目前用于原子荧光空心阴极灯的对光系统一般均采用将入射光照射到某一个带有刻度线的平面上，然后进行目测的形式进行对光，对光结束后需要手动移去对光装置，因此对光的准确度较差，且无法实现对光的自动化和数字化，从而会影响分析结果的灵敏度和重复性。对于需要频繁更换空心阴极灯后的多次对光操作，根本无法保证多次对光过程之间光斑位置的一致性，因此长期测量结果的重复性也无法保证。 　　在光源对光系统的设计上，北京瑞利分析仪器有限公司首次提出了基于四象限探测器的数字化对光技术(图16)，通过比较四个光电池的信号强弱，最终确定光斑位置偏移程度。当四个光电池的信号相同时，即完成光源的对光过程，不再需要人为肉眼判断光斑的实际位置，降低了对光过程的复杂程度。该项技术光路对准精度高、重复性好，可以自动监测及校准光源漂移，在原子荧光分析技术领域，尤其是空心阴极灯自动对光及光源漂移校准等领域具有较好的应用前景。 图16 数字化对光系统 1-空心阴极灯 2-透镜1 3-原子化器 4-观测点 5-透镜2 6-光电倍增管 7-透镜3 8-四象限探测器 　　3.4 介质阻挡放电/低温等离子体技术 　　介质阻挡放电(DBD)/低温等离子体技术(LTP)作为一种在分析仪器领域极具应用前景的技术，目前已经在由日本岛津公司与日本大阪大学原子和分子技术中心联合开发的Tracera高灵敏度气相色谱系统上实现了商品化。 　　DBD技术在原子荧光的原子化技术领域已经显现出巨大的应用潜力，如图17所示为线筒式DBD放电结构：主要包括2个同心的石英管(外层：10(ID)*11(OD)*40mm(L) 内层：4(ID)*5 (OD)*35mm(L))和1个中心铜电极。内外层石英管间隙中通入屏蔽气，确保DBD放电产生的样品自由原子不被空气氧化。内层石英管外壁缠有一层铝箔用作放电外电极，内电极为套有铜电极的石英棒。外电极与内电极在高频交流电源的作用下产生介质阻挡放电，并形成等离子体放电区域，氢化物随载气通过该区域时被原子化在两个电极上施加交流电压(4.3～7.0 kV,20 kHz)时，腔体内产生稳定的放电。在测量As、Sb、Pb时，功耗分别为13.5，12.5和44 W,检出限分别为0.04，0.11和0.27 µ g/L。 图17 DBD 原子化器结构纵切面图 　　邢志等建立了低温等离子体( LTP)与原子荧光光谱仪( AFS) 联用直接检测 ABS 固体样品中Hg 的方法。采用介质阻挡放电( DBD) 方式产生低温等离子体，剥蚀固体样品后产生的元素蒸气引入到原子荧光光谱仪进行检测。优化的实验条件为: DBD 外接电源的放电功率为 16～18 W，放电气体流速为 400 mL/min 采样距离为 1～5 mm 原子荧光光谱仪的原子化器高度为10 mm。测定 Hg 的检出限为 0.91 mg/kg，线性范围为91.5～1096 mg/kg 精密度( RSD, n = 7) 为 1.9%～2.3% 。对标准样品以及实际样品进行测定，测定结果与标准值与ICP-MS 及 CVG-AFS 一致，表明可作为直接检测固体样品的新型元素分析技术。 　　3.5 恒压、恒流进样技术 　　恒压、恒流进样技术目前已取得突破性的进展，采用密闭体系下精确控制的气体压力实现对液体进样的恒压、恒流驱动，见图18。依靠气体在储液罐中对液体施加恒定可控的压力，通过精确控制储液罐的压力和排液时间来驱动液体以恒压、恒流、定量的方式参与在线蒸气发生反应，有效解决了常规的蠕动泵和注射泵进样系统在蒸气发生反应的压力波动对火焰稳定性的影响，致使降低分析数据的重现性。该装置吸液、排液、系统压力精确控制和液位探测，具有极高的集成度和自动化程度，基本上对气体没有消耗，无需蠕动泵和注射泵等大功率器件，有效降低了系统功耗和成本。该装置适用于蒸气发生-原子荧光光谱仪或用于原子光谱类仪器的氢化物发生器等，提高其自动化和集成化程度。该项技术应用于原子荧光法，可获得重复性小于0.3%优异的技术指标。 图18 恒压、恒流进样系统 　　3.6 光致蒸气发生进样技术 　　王秋泉等设计了基于Ag-TiO2/ZrO催化剂的在线光催化蒸气发生系统。无需KBH4，以纳米半导体催化剂的导带电子作为还原剂，实现了从SeVI到挥发性SeH2的直接还原(图19)，解决了KBH4体系中SeVI在没有预还原的情况下无法将SeVI直接还原为SeH2的问题。在流动注射进样模式下，以原子荧光作为检测手段，在UV/Ag-TiO2-HCOOH体系中，SeIV、SeVI、(SeCys)2和 SeMet的检出限分别为1.2、1.8、7.4和0.9ng/mL 而在UV/ZrO2-HCOOH体系中，SeIV、SeVI、(SeCys)2和 SeMet的检出限分别为0.7、1.0、4.2和0.5ng/mL 相对标准偏差RSD小于5.1%(n=9,1&mu g/mL)。 图19 光催化蒸气发生进样技术 　　3.7 电化学蒸气发生进样技术 　　张王兵等建立了一种基于电化学氢化物发生-原子荧光联用的绿色分析方法，用于测定水和大米样品中超痕量镉。对影响镉分析信号强度的参数，如阴极材料、电解电流、增敏试剂、电解液等均进行了深入研究与优化。最终选用钛箔作为阴极材料，并考察了载气的引入位置对信号强度的影响。对存在的干扰及其去除方法进行了深入研究。在优化条件下，镉的检出限为0.15ng/mL 20ng/mL镉的相对标准偏差为3.0%。方法的准确度最终通过测量标准参考物质得到了验证。 　　3.8 固体进样技术 　　王昌钊等采用固体进样原子荧光镉分析仪，建立了对苹果及苹果粒中镉的直接快速分析方法。通过使用多孔石墨管作为电热蒸发器实现固体样品中镉的直接导入，并采用钨丝作为镉的捕获器来消除测量中的基体干扰。该方法不需要对样品做任何消解，不需要任何化学试剂，可直接固体进样进行测定。通过仪器条件的优化，对国家标准物质的测定结果进入真值置信区间，测试的准确性良好。仪器检出限 1pg RSD 5% (100pg)。 　　3.9 VG-AFS可测量元素的扩展 　　近年来，进&mdash 步扩展蒸气发生-原子荧光光谱法可测量元素，扩展VG-AFS的应用领域已成为&mdash 个重要的研究方向。北京瑞利分析仪器有限公司开发出可以直接用于现有原子荧光仪器的分析方法和增敏剂，实现了Cu、Ag、Au、Co、Ni等元素的蒸气发生-原子荧光高灵敏检测。增敏剂针对元素的不同而不同，分为Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型可以直接溶解在硼氢化钾溶液中，Ⅱ型可以直接溶解在酸性样品溶液中，但是两者均具有相同的检测灵敏度效果。Cu、Ag、Au、Co、Ni等元素的检出限均小于3 ng/mL，重复性RSD小于2%，线性范围r大于两个数量级，线性相关系数大于0.998。 　　4. 2012-2013年国内原子荧光制造商获得授权的专利 　　来自国家知识产权局专利数据库的统计数据表明，2012～2013年国内原子荧光制造商申请原子荧光相关专利52项 (以公告日为准)，其中发明专利10项，仅占总申请数的19.2%，实用新型专利42项 获得授权专利60项 (以授权日为准)，其中发明专利9项，仅占总授权数的15%，实用新型专利51项。总体来说，代表着较高技术创新能力的发明专利数量偏少。虽然发明专利从申请到授权的时间较长，时间上存在一定的滞后性，但是一定程度上也体现了国内原子荧光制造商的创新能力，尤其是原始创新能力的不足。 　　国内各原子荧光制造厂商2012～2013年专利的具体情况，见表1。 表1 2012～2013年国内原子荧光制造商获得专利汇总 　　5. 2012～2013年发表原子荧光光谱法的应用论文 　　我国广大分析工作者在近两年里，应用VG-AFS在各个领域中开展了大量的分析方法研究工作，来自中国期刊网CNKI论文库的数据(篇名检索)表明，国内共计发表原子荧光光谱分析相关的各类论文的数量， 2012年发表了386篇 2013年发表了330篇，两年合计716篇。这几乎是平均每天有一篇文章发表，也是每年发表的论文数量较多的两年，说明VG-AFS的应用在我国得到迅猛的发展。 　　6. 2012～2013年原子荧光光谱法最新颁布的国家和行业标准 　　2012～2013年共计颁布与原子荧光光谱法相关的国家标准共34项，主要较多集中在冶金等领域。其中2012年颁布了15项 2013年颁布了19项，见表2。 表2 2012～2013年颁布的与原子荧光光谱法相关的标准 　　7. 结束语 　　原子荧光是中国民族分析仪器产业的骄傲，自1983年我国首台WYD-2型科研样机的研制成功及迅速转化为XDY-1型商品仪器，便开始了我国原子荧光光谱仪的产业化进程。30年来经过科技人员的努力，我国的原子荧光光谱仪器迅速发展，特别是这两年更是突飞猛进，在国际上处于绝对领先的地位。 　　然而，综观全局不难发现，数量之大却多是一味地模仿，缺少创新和特色无法，走出低端制造的困局。要实现&ldquo 中国制造&rdquo 向&ldquo 中国创造&rdquo 的转型升级，需要我们原子荧光研发人员厚积薄发与持续创新。原子荧光光谱仪器未来的发展，必须提高仪器的档次、研发专用化、小型化仪器相关技术，突破小功率低能耗、低温微型原子化器、新型激发光源、高效价廉的检测器和光纤技术等关键领域。强化基础研究，会发现广阔的发展空间。 　　作者：北京瑞利分析仪器有限公司 梁敬 　　梁敬(右)与原子荧光光谱仪发明人之一张锦茂先生(左)在2013年BCEIA展会

我们即将与2015告别，这一年，出现了厚德载雾（物）、自强不吸（息）霾（埋）头苦干，再创灰（辉）黄（煌）的雾霾精神，这应该算的上是人们自嘲似的智慧。 的确，空气的重度污染确早已被人们习以为常，我们在寒来暑往中奋斗着梦想，在被雾霾笼罩的城市毫不退缩用身体抵抗着。北京、上海，还是河北、南京，都有受到雾霾的侵蚀。空气混沌得就像鬼子放了毒气弹，路过的地方周围弥漫着焦油的气味（汽车尾气）。这种空气持续的时间越长，覆盖的面积越大，早晚有一天会让人忍无可忍。雾霾中修炼出“金钟罩” 中国的雾霾程度前所未有，范围令人嗔目结舌！12月初的北京PM2.5浓度超过工业时期的伦敦，虽然发生的地点，结果不同，所含成分相似但浓度差别极大。都包括：氮氧化物、硫氧化物、粗细颗粒物、粉尘、一氧化物。而伦敦烟雾污染成分主要是：氮氧化物、硫氧化物、以及工业粉尘；雾霾污染成分主要是：有机碳、硝酸硫酸盐、重金属、微生物等细颗粒物（PM2.5）以及臭氧、一氧化碳。2013年1月的严重雾霾事件中，在1月10日到30日期间，京津冀地区12个城市人群因雾霾短期暴露，导致超额死亡2725人，其中呼吸系统疾病超额死亡846人，循环系统疾病超额死亡1878人。可见雾霾对我们的危害是致命的并且是长期可循环的。 雾霾的危害是毋庸置疑的，因为从雾霾成分的组成、粒径和毒理性分析，可进入人体血液，并且存在慢理效应。颗粒越细小，越能够进入肺泡。其中直径小于 10纳米的就是我们生活所说的PM10，而直径小于2.5纳米的叫 PM2.5，这些颗粒进入人体的肺部可以说是畅通无阻，进入后附着在气泡上，人体组中由于排异功能，就会昌盛现为取包裹他们，久而久之，就形成了肺组织纤维化，再严重就是矽肺病。 据检测研究发现PM2.5颗粒中含有 铅、 锰、镉 、锑 、锶 、砷 、镍 、硫酸盐 、多环芳烃等多种有害物。根据实验测试表明，金属元素是颗粒物中可能造成健康危害的组成部分，而PM2.5中携带的重金属，对人体危害更大。在这几种重金属中，砷的含量最多，其日均浓度中位数达23.08纳克/立方米，最高日均浓度达到70.91纳克/立方米。在检测中发现，雾霾中的砷、镉、铅浓度超标时间最长浓度含量最高。 重金属污染与其他有机化合物的污染不同。不少有机化合物可以通过自然界本身物理的、化学的或生物的净化，使有害性降低或解除。而重金属具有富集性，很难在环境中降解。重金属在人体内能和蛋白质及各种酶发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中富集，如果超过人体所能耐受的限度，会造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等，对人体会造成很大的危害。慢性中毒、致癌作用、致畸作用、变态反应与炎症、对免疫功能的影响重金属与原子荧光光度计 目前，我国的环境污染情况使环境问题成为了全国公众的焦点。其中，难以降解的重金属污染以及其对环境的迫害、人体的危害成为了焦点中的焦点。2011年国务院批复了首个“十二五”专项规划《重金属污染综合防治“十二五”规划》。 《规划》防治对象主要为铅、汞、镉、铬、砷等生物强且污染严重的重金属元素，以及铊、锰、铋、镍、锌、锡、铜、钼等重金属。对于重金属污染，比水中重金属容易被人忽视。实际上，在2007年我国全国大气中五万五排放量已达9500吨。生活中，一个成年人每天大约要呼吸15立方米的空气，雾霾中呼吸到的空气对身体健康影响是毋庸置疑。人们吸入的PM2.5中的重金属等附着在肺泡上，会引发敷衍、哮喘等疾病，若是溶解在血液中，对人体将抗危害更大。当这些物质注入到细胞中，结果是细胞中的DNA链发生断裂，造成嗅觉神经损害，使老年痴呆症等神经性疾病的发病率增加。 研究表明，PM2.5携带有大量的重金属和有机污染。大气中颗粒物的监测分析方法有原子吸收法、原子荧光法和ICP-MS法，其中原子荧光法对重金属元素汞、砷、硒等得到了广泛应用。 原子荧光光度计，利用氢化物发生分析原理，测量重金属元素。具有谱线简单、灵敏度高、检出限低、线性范围宽、抗干扰能力强、多元素同时测定易于实现自动化等优点。正常情况下来自环境样品中的砷、汞、铅、镍、镉、铬等元素含量极低，火焰原子吸收等检测能力无法满足测定需要，原子荧光法能方便地对上述元素进行微量分析。目前常规氢化物发生原子荧光光度计只能检测11或12种元素，有限的检测元素限制了原子荧光光度计的应用。不过，北京金索坤技术开发有限公司火焰原子荧光光谱法技术的应用，使得原子荧光在原有检测元素的基础上新增了金、银、铜、铁、钴、镍、铬、锰元素。如此一来，大气PM2.5中的铅、锰、镉、锑、砷、镍等元素都可以使用一台原子荧光光度计产品来检测了。方便了实验室人员的操作并且降低了测试成本。 此外，北京金索坤作为中国氢化法原子荧光技术的发源地，大胆地将原子荧光传统的断续流动进样技术改为连续流动进样。摒弃了传统的样品、空白、样品交替进样的方式，从而大大的提高了测试效率。目前使用连续流动进样方式测试样品是使用传统断续进样方式测试样品效率的三倍。金索坤研发人员通过多年的潜心研究，从氢化物发生进样过程、样品进样量、采样方式、生成气体的传、效率、气液分离系统、仪器的方便性和实用性等几个方面对间歇断续流动氢化物发生法与连续流动氢化物发生法进行了分析比较。 反复试验对比结果表明：连续流动氢化物发生法与原子荧光法结合测定样品，比间歇断续流动法减少了采样环和气液分离器，避免了不同含量样品在相同测试时间因记忆效应所产生的误差，传输路径短、记忆效应小，进样均匀、样品反应平稳，使得整个检测过程能保证在稳态下进行，所获得的是连续信号，测量结果相对标准偏差较低，方法检出限也较低。与间歇断续流动法相比，提高了测量精度、稳定性。同时单位时间的进样量减少，降低了样品耗费。装置相对简单，便于清洗，方便实用。由于连续流动进样方式是样品一直连续不断进入，样品与还原剂之间严格按照一定的比例混合，故对反应酸度要求很高的那些元素也能得到很好的测量精密度和较高的发生效率。连续流动氢化物发生法与间歇断续流动氢化物发生法相比，最大特点就是大幅度提高稳定性并且能够提高仪器的灵敏度，所以连续流动氢化物发生法是一种较优的氢化物发生法。 在现代化的发展进程中，我们在追求高速发展的同时，忽略了环境保护以及国家规定指标排放，那么发展所带来的各种负面影响，我们便会深受其害。 不要因为严重的雾霾，让世界媒体留给中国一片嘲笑。 原子荧光有奖问卷调查活动进行中：https://www.wenjuan.com/s/fqme6b/