原子荧光光度计检定／校准的影响因素

贾冰涛，杨禹哲

（江西省检验检测认证总院，南昌 330000）

随着科学技术的快速发展，各类检测技术不断更新并逐渐完善。原子荧光光度计操作简单、成本低、检出限低、灵敏度高、背景干扰小、谱线简单、线性范围宽［1-7］，广泛应用于卫生、环保、地质、食品、医药、化工、冶金等行业中［8］，是继发射光谱仪和原子吸收光谱法之后发展起来的一种痕量元素分析仪，主要用于砷、汞、锗、硒、锑等微量元素的测定，同时其也是理化计量主要检定、校准的工作计量器具［9］，是计量测试行业适应分析技术发展的必然要求［8］。

在实际检定／校准原子荧光光度计过程中，仪器测试结果经常会出现一定的故障和误差，严重影响计量的效率和结果的准确性，为了更大程度地减少计量检定／校准原子荧光光度计中出现的不确定因素，笔者根据平时工作中积累的经验和仪器的工作原理对影响仪器分析的因素进行剖析，并针对原子荧光光度计检定／校准过程中常出现的联机故障、载气故障、点火故障、自动进样器故障、无信号、荧光强度偏低、空白强度较高、仪器不稳定和重复性较差、线性不好等故障和问题进行分析，给出相应解决措施，以供广大计量工作者和化学分析者进行参考，更好地进行量值传递或溯源。

1 基本原理

原子荧光光度计又称原子荧光光谱仪，它主要包括三部分，即激发光源（辐射源）、原子化系统及分光与检测系统。原子荧光光谱法的基本原理［10-14］是原子蒸气吸收来自光源特征波长的光辐射后，原子外层电子从低电子能态或者基态跃迁到高能态，当处于高能态时极不稳定，在很短时间内再度跃迁回基态，这个过程中会发射出与原激发波长相同或者不同的光辐射，即原子荧光。不管是哪一种类型的荧光，其荧光强度均与待测物中元素原子浓度成正比关系，据此进行定量分析；另外每种原子的外部电子结构不同，所发射的荧光波长也不同，根据波长分布可以对待测物进行定性分析。原子荧光光谱法具有原子吸收光谱法和原子发射光谱法两种分析技术的优势，主要的优势有：谱线简单，相对干扰少；灵敏度较高；可同时进行多元素分析；线性范围较宽。目前原子荧光光谱法主要测定部分易于生成气态氢化物的元素，如As、Bi、Cd、Hg、Pb、Se、Sb、Te、Sn、Zn、Ge 等元素［15］，这种产生氢化物的方法叫做氢化物发生-原子荧光光谱（HG-AFS）法。笔者主要针对市场上占有率较高的氢化物发生-原子荧光光谱仪进行探讨研究。

2 检定／校准方法

原子荧光光度计的检定或校准主要依据现行国家计量检定规程JJG 939-2009 《原子荧光光度计检定规程》，该规程主要适用于空心阴极灯做光源的非色散原理原子荧光光度计［16］，仪器检定主要利用原子荧光光度计测定标准溶液中砷和锑元素对仪器的稳定性、检出限、测量重复性、测量线性等计量性能进行判定；依据该检定规程主要针对仪器的检出限、测量重复性项目等进行校准。笔者结合实际检定／校准工作经验，对影响仪器稳定性、检出限、测量重复性、测量线性等相关故障和问题因素进行分析。

3 常见故障

3.1 联机故障

在检定／校准原子荧光光度计过程中，经常会遇到仪器软件登陆后提示通讯失败、主机通讯错误等联机相关的故障问题，通常联机失败的常见原因是没有按照正确的开机顺序进行开机，一般开机顺序为先开电脑主机电源进入window 系统桌面、依次打开原子荧光光度计的主机电源、自动进样装置电源等，然后再打开电脑操作软件进行联机。此时应关掉软件和主机，确认仪器主机和计算机连线接触良好，再按正确的顺序开机即可解决该类联机故障问题。也有极少情况下是因为通讯电缆损坏、仪器主板硬件异常，需要联系厂家进行维修。

3.2 载气故障

开始测量或测量过程中仪器停止运行并提示无载气也是检定／校准原子荧光光度计过程中的常见问题，通常该类故障主要由于气源压力不足，导致控制电路故障，此时需要调节气体压力开关、检查外部气源是否泄露、或更换一瓶载气足够的气瓶；如果故障未消除，可将气体保护开关插头短接，若故障现象消失，则说明气体保护开关内的弹簧压力过大，可将气体保护开关上部顶丝适当拧松；将气体保护开关插头短接后，若故障现象未消失，则说明气体保护开关不灵敏或控制电路故障，需检查、更换仪器主板。

3.3 点火故障

在检定校准工作中，也经常会遇到原子荧光光度计无法正常点火的故障，该类故障原因可从以下几点排查：检查点火炉丝是否正常，如出现炉丝断裂需按照仪器操作方法正确更换新的炉丝；炉丝正常点亮但出现点火不正常现象，需检查燃气或控制阀；检查炉丝与炉芯的位置是否错位。

3.4 自动进样器故障

开机后或测量中自动进样器不能复位也是检定／校准原子荧光光度计的常见故障，其可能的原因：连接电缆接触不良或出现故障，此时应检查自动进样器系统与主机、蠕动泵系统等之间的电缆接触是否正常，若电缆接触不正常应更换新的电缆；自动进样器部件卡住或机械故障，应去除障碍物并重启检查，如确认未出现卡壳现象，应检查确认是否为自动进样器主机出现机械故障或自动进样器主板出现问题，此时应及时联系工程师或厂家进行维修。

4 常见问题

4.1 无信号

检定／校准中常出现仪器测量时无信号问题即不出峰、无荧光强度响应的情况，此时应从以下几个方面进行排查：检查砷和锑灯是否点亮，没有点亮元素灯的情况下，点亮砷锑灯或者更换安装砷锑灯并进行点亮即可解决该情况造成的无信号不出峰现象；判断仪器灯能量正常的情况下检查仪器注射泵、泵管是否压紧、管道有无堵、漏的情况，当泵管有异常时试剂很难进入系统或者发生还原反应后，气体遗漏、堵塞造成无信号产生，解决方法为调整注射泵、泵管或者更换漏液漏气管子；检查炉丝是否能进行点火，当仪器无法进行点火或者点火后火焰熄灭也会导致原子化过程无法进行，解决方法为检查炉丝或者更换炉丝；检查水封是否缺水，部分厂家的原子荧光光度计测量时需要进行水封，其作用主要是防止产生的氢化物泄露，以及把氢化物的水汽在水封位置进行冷却排出以保证水封气液分离的效果。解决方法为在水封处补加足量水即可；确认还原剂硼氢化钾溶液或硼氢化钠浓度是否过低或者失效，还原剂溶液浓度过低或者失效，无法产生足够的气态氢化物，解决方法为更换或者重新配备硼氢化钾溶液；以上问题排查完仍出现该类问题则可能是仪器本身硬件故障，联系厂家维修。

4.2 荧光强度偏低

在检定／校准过程中原子荧光光度计的荧光强度偏低或异常也是常见问题，其原因有：空心阴极灯灵敏度降低，解决方法为按照正确的操作规范更换新的空心阴极灯；光路未调节好，解决方法为确认砷或锑元素空心阴极灯在主机电源打开后是否点亮，灯点亮后需要按照仪器使用手册正确调节光路，使得空心阴极灯所发出的光斑落在原子化器石英炉芯的中心线和透镜水平中心线的交汇点；进样系统问题如是否水封、泄露、泵管压力异常、泵管老化变形等，解决方法为水封处滴加适量的蒸馏水进行水封防止泄露、调整泵管松紧且废液能正常排出、确认泵管未变形以及管道无堵塞破裂等；氢化物反应条件不正确，解决方法为检查载流和还原剂的浓度，确认还原剂未失效，失效需重新配制，还原剂应按照现用现配的原则使用；测量时间设置不当，测量时间主要包括延迟时间和读数时间，延迟时间较短时样品溶液还未进入原子化器中、读数时间较短时则会造成峰面积积分缺失问题，从而导致荧光强度值偏低，解决方法为根据泵管进样情况适当设置延迟时间，根据读数期间峰的走势来设置读数时间；炉丝老化或断裂的时候，炉芯无法正常点火或者炉芯温度偏低造成原子荧光分光光度计的原子化器无法正常原子化，导致测量的荧光强度值偏低，解决方法为更换新的炉丝或者连接断裂的炉丝。

4.3 空白强度较高

空白强度较高也是检定／校准原子荧光光度计的常见问题，标准空白溶液在检定／校准过程中，其砷和锑的荧光强度值通常在200 左右，若测量过程中出现空白溶液的荧光强度值达到1 000 左右或者以上则说明空白强度偏高，其中原因有：使用的溶剂水有污染，在检定／校准过程中使用的水中如果含有少量的被测元素砷或锑，则会导致空白荧光强度增高，解决方法为使用蒸馏水或者二次去离子水；所用的酸溶液和还原剂有污染，所购买的盐酸、硼氢化钾等还原剂或者在使用过程中因污染而造成酸溶液中砷或锑的含量偏高，进而导致空白荧光强度值增高，解决方法为购买优级纯盐酸和优级纯硼氢化钾还原剂，并且在稀释制备过程中采用浸泡清洗干净的玻璃器皿；电压和电流设置偏大，增大原子荧光光度计的电压或电流虽然可以提高灵敏度，但也会带来不稳定性，或噪声和漂移的偏差，解决方法为在满足条件的情况下，适当调节电压和电流，一般电压为250～300 V，电流为45～60 mA；泵管和炉芯有污染，当测定过程中多次用空白溶剂清洗管路和石英炉时空白荧光强度仍然很高时，此时泵管或炉芯已被污染，解决方法为将炉芯和气液分离器拆下并用50% HCl溶液浸泡后用离子水清洗，并更换泵管。

4.4 不稳定、重复性差

按照原子荧光光度计检定规程中测量重复性的方法对砷锑10.0 ng／mL 的混合溶液进行测量7次，并计算测定结果的相对标准偏差，在仪器已经充分预热后测量过程中仍出现重复性较差的原因为：砷锑空心阴极灯不稳定，解决方法为更换新的空心阴极灯；砷锑空心阴极灯位置不当，解决方法为调节灯的位置，使其所发出的光斑应落在原子化器石英炉的火焰中心，此时可用调光器调节原子化器的高度（一般为8 mm）；泵管连接处漏气或者未进行水封，测量过程中如果泵管漏气或者未进行水封的情况下，则会造成氢化物气体或者溶液泄露导致测量溶液的重复性较差，解决方法为检查泵管是否存在漏气，若有则更换新的泵管，并检查水封中的水是否足够；电压和电流设置不当，一般情况下仪器的电压和电流设置不当时，则会导致仪器不稳定，解决方法为适当调节电压和电流，一般电压为250～300 V，电流为45～60 mA；标准溶液配制不均匀，标准溶液在配制过程中没有达到均匀、稳定的状态也会严重影响测量的重复性结果，其解决方法为稀释系列标准溶液后应充分摇匀，特别是加入硫脲抗坏血酸的情况下，溶液要摇匀并放置半个小时以上使得溶液充分反应和混匀；载气流量不稳定，氢化物发生原子荧光光度计在测量过程中一般用惰性气体氩气或者氮气为载气，在其它条件正常的情况下，载气流速的大小对炉芯中火焰的大小和稳定性有很大的影响，若载气流速不稳定则会导致火焰的不稳定，进而导致测量结果的重复性较差，解决方法为调节分压阀或者更换新的载气瓶，使得载气稳定流出；还原剂溶液的浓度不当，硼氢化钾（KBH4）等还原剂的浓度对砷、锑的测定有较大影响，低浓度的还原剂溶液产生的氢气不足以完全使待测物形成氢化物，高浓度的硼氢化钾产生的氢气会稀释待测元素，导致测量重复性的结果较差，解决方法为配制适当浓度的还原剂溶液，配制过程中先溶解氢氧化钠等碱性物质再溶解硼氢化钾等还原剂，应做到现配现用。

4.5 线性不好

按照原子荧光光度计检定规程中将仪器各参数调至最佳工作状态，分别对0.0、1.0、5.0、10.0、20.0 ng／mL 砷锑混合标准溶液进行3 次重复测量，取其荧光强度测量值的算术平均值后，按线性回归法求出工作曲线的线性相关系数γ，规程中要求线性相关系数γ≥0.997。在检定／校准过程中常会出现线性不好的问题，其主要原因有：仪器没有响应信号，其原因和解决方法参照4.1 无信号强度；荧光强度偏低其原因和解决方法参照4.2 荧光强度偏低；标准曲线偏离零点较远，导致线性相关系数较差，此时原因主要为空白溶液配制不当，导致荧光值在扣除空白之后各荧光值偏离真实值，进行数据拟合处理中相关系数偏高。解决方法为重新配制标准空白溶液；在仪器测量重复性达到要求的情况下标准曲线上的几个点不在曲线上甚至偏离曲线较远，此种情况一般说明仪器本身的稳定性和重复性没有问题，而是操作人员出现错误导致标准溶液配制不当或者玻璃器皿污染造成，其解决方法为选用干净的玻璃器皿并重新配制标准系列溶液。

5 推荐仪器参数和溶液配制

仪器自身参数设置对检定／校准结果有很大影响，为了更好检定／校准原子荧光光度计，通过经验来推荐原子荧光光度计检定／校准的仪器参数和溶液配制：开机亮灯点火并预热30 min 使得空心阴极灯有足够的预热时间，砷和锑元素空心阴极灯灯电压为250～300 V，电流为45～60 mA，使得测量空白溶液的荧光强度值在200 cps 左右，延迟时间30 s（根据样品经泵管流入反应器和泵速调节），读数时间为20 s（根据峰形走势进行调节），进样量为1.0 mL，原子化器高度为8 mm；调节室内环境温度为15～30 ℃，相对湿度≤80%，配制载流液时选用5%盐酸、反应液即还原剂溶液为2.0%硼氢化钾-0.5%氢氧化钠溶液（溶解时先充分溶解氢氧化钠再溶解硼氢化钾，现用现配），在配制标准系列溶液中加入适量5%硫脲+5%抗坏血酸混合溶液（现配现用），摇匀并反应静置30 min，上述所用盐酸、硼氢化钾、氢氧化钠、硫脲、抗坏血酸均为优级纯试剂，标准物质须在有效期内使用。

6 结语

检定／校准原子荧光光度计是化学计量与检测领域当中十分重要的仪器，笔者主要针对原子荧光分光光度计检定／校准的过程中经常出现的故障问题进行解析，并根据经验和仪器的工作原理针对影响因素给出了最佳的解决措施。在实际的检定／校准工作中仍出现意想不到的新问题新情况，因此需要我们广大计量工作者根据实际情况采取有效的措施进行解决，从而保证检定／校准结果，提高检定／校准效率，确保量值传递和量值溯源的准确性。