原子荧光光度计检出限检定影响因素分析与条件优化

林国辉 / 福建省计量科学研究院

0 引言

原子荧光光谱法（AFS）是20世纪60年代创立的一种痕量和超痕量的光谱分析方法，它是介于原子发射光谱（AES）和原子吸收光谱（AAS）之间的一种分析技术[1]。其基本原理为光源发出的特征辐射光照射在被测元素的原子蒸气上，基态原子吸收特定频率的光辐射而被激发至高能状态，处于激发态的原子在去活化过程中将吸收的能量以荧光的形式释放，此荧光信号的强弱与样品中待测元素的含量成线性关系，因此，通过测量荧光强度可以确定样品中被测元素的含量[2]。该方法具有灵敏度高、检出限低、重复性好、分析速度快等优点。目前，主要用于 As、Sb、Bi、Pb、Sn、Se、Zn、Cd、Hg、Fe、Ni等18种元素的痕量分析检测，广泛应用于环境监测、水文监测、食品药品检测、医疗卫生等领域。

火焰法原子荧光所测试元素的灵敏度比原子吸收火焰法提高2～3个数量级，接近原子吸收石墨炉法的检出限[3]。该类仪器主要包括光源（高强度空心阴极灯）、蒸气发生（气化）系统、原子化系统、检测系统等，根据色散系统可以分为色散型和非色散型两类。为确保原子荧光光度计量值准确可靠，提高其检测样品的准确度，根据JJG 939-2009《原子荧光光度计》检定规程对仪器进行周期检定，其中，检出限的检定是规程中一项非常重要的指标。本文主要分析了检出限检定时的影响因素及检定条件优化。

1 检定用试剂与溶液的影响

根据规程中检出限的计算公式，对试剂空白溶液连续进行11次荧光强度测量，其标准偏差s的3倍除以所测量梯度标准溶液按线性回归法求出斜率b。由此可知，试剂空白溶液和线性标准溶液的配制对检出限的检定具有重要的影响。

1.1 实验用水的选择

试验过程中，实验用水的纯度直接影响试剂空白溶液测量结果的标准偏差，也影响线性标准溶液的配制，同时，如果试剂空白溶液荧光强度及其稳定性影响线性标准溶液的测量结果，那将对检出限的测量结果产生较大的影响。通过试验测得的数据可知[4]，超纯水配制的试剂空白溶液荧光强度较小，标准偏差较小，有利于检出限测量结果的控制，因此，实验用水必须选用超纯水。

1.2 实验试剂的选择

根据规程，检出限检定时使用砷或砷锑混合标准物质，在溶液配制和测量过程中还需使用盐酸、硼氢化钾或硼氢化钠、氢氧化钠、硫脲等试剂或药品，其纯度也直接影响空白溶液荧光强度和标准溶液的线性测量。如普通盐酸中一般存在一定含量的砷，因此，配制用试剂或药品都应该选用优级纯或国家纯度标准物质。为确定试剂或药品的纯度，可以先用超纯水配制试剂空白溶液，测量其荧光强度，如果达到0.2 μg/L砷或砷锑标准溶液的荧光强度，则说明所用试剂或药品纯度不够，应及时更换。配制硼氢化钠或硼氢化钾溶液时，如果浓度过高，反应时产生的酸度较低，会降低仪器的检测灵敏度；如果浓度过低，会导致溶液不稳定，影响测量稳定性。一般浓度选择0.5%～2%不等，正常采用仪器厂家推荐的浓度即可。由于还原剂硼氢化钠和硼氢化钾稳定性较差，使用时要求现配现用，并将存放硼氢化钠和硼氢化钾的塑料瓶罩上黑罩，防止阳光直射而发生分解。

1.3 线性标准溶液的配制

原子荧光光度计作为痕量和超痕量的分析仪器，配制溶液所用的容器如容量瓶、烧杯、移液管等未清洗干净或被污染，也将影响标准溶液的性质。玻璃容器在使用前最好先用20%的硝酸溶液浸泡24 h，洗净后再用超纯水冲洗2～3次。线性标准溶液的配制方法直接影响测量结果，检定原子荧光光度计用砷或锑混合溶液标准物质的浓度主要有100 μg/mL 和 1 000 μg/mL。为降低配制过程所引入的不确定度，建议先将标准物质溶液稀释为1 μg/mL（即1 000 μg/L）的母液，线性测量所需的各浓度点直接由该母液稀释得到，不再采用逐级稀释的方法。为确保硫脲能完全将砷锑分别还原成三价砷和三价锑，一般情况下，线性标准溶液中硫脲的浓度控制在10 g/L左右，并将配制好的溶液静置30 min左右再进行测量。根据规程，用10%的盐酸作为基体配制标准溶液。相关研究表明[5]，用5%的硝酸加1%的盐酸作为基体配制标准溶液，在相同测量条件下，其基体空白杂质含量更低，检出限测量结果更好，更适用于原子荧光光度计的性能测试，因此，在配制线性标准溶液时建议用该混合溶液作为基体。

2 仪器条件的影响

检定用试剂和线性标准溶液的配制与使用，仪器测量条件的选择与工作状态的控制都将影响检出限的测量结果。

2.1 空心阴极灯的使用

检定时所用的砷灯和锑灯是双阴极空心阴极灯，其启辉性能、稳定性、设置的灯电流和负高压都直接影响荧光强度，影响检出限测量结果。空心阴极灯通电后应能立即启辉，且发光点集中在空心阴极灯内，阳极区不得出现辉光[2]，否则应及时更换阴极灯。一般空心阴极灯在点燃前先预热30 min左右，以消除基线漂移现象。设置灯电流，当电流增大时，荧光强度增大，仪器的灵敏度逐渐增大，检出限逐渐减小。但电流增大到一定程度时会出现拐点，当电流过大时，会发生吸收峰自吸现象，导致噪声变大，标准曲线发生弯曲，检出限反而增大。同时，过高的灯电流会不同程度地缩短灯的寿命，灯电流一般设置在40～60 mA。负高压的调节不影响灯电流的选择，两者不存在像原子吸收分光光度计那样的自动平衡方式，负高压对试剂空白溶液荧光强度的影响十分明显。负高压增大时，荧光强度随之增大，在一定范围内检出限逐渐减小。负高压过大时，噪声迅速增大，出现拐点，检出限随之增大，一般情况下负高压设置在260～300 V之间[6]。

2.2 载流和载气流速的选择

载流和载气的流速会影响荧光的强弱，影响标准溶液的线性测量。如果载气量较小，会导致氢氩火焰不稳定，测量重复性差；如果载气量过大，会稀释原子蒸气，降低荧光强度。过大的载气量还可能冲断氢氩火焰，降低仪器灵敏度，使荧光信号不稳定。一般情况下，载气流量选择400 mL/min左右，屏蔽气流量选择800 mL/min左右。

2.3 原子化器的使用

原子化器是原子荧光光度计中一个直接影响元素分析灵敏度和检出限的关键部件，其主要作用是将被测元素（化合物）原子化，形成基态原子蒸气[7]。原子化器高度过高，会导致光束照射在火焰的尾焰上，使仪器灵敏度下降；原子化器高度过低，会带来气相的干扰，导致噪声变大。两者均会造成示值读取的不稳定，导致检出限测量值增大，通常原子化器高度选择在8 mm左右。

2.4 气液分离器的效果

原子荧光光度计部分有二级气液分离器，待测溶液和还原剂、氩气混合后经一级气液分离装置后，载气和反应后的气态氢化物和多余的氩气通过进样管进入二级气液分离器，产生的废液则由泵管排出；经过二级气液分离器后的气态氢化物进入原子化器管内进行原子化[8]。二级分离器内的水如果太少，气态氢化物可能会从废液管排出，无法完全进入原子化器，影响线性标准溶液的测定结果；如果水太多，反应液会通过顶部的毛细管进入原子化器，造成污染，使得荧光强度发生变化，影响检出限的测量结果。一般情况下，二级气液分离器水封液面高度保持在1/3左右。

2.5 气管和进样管路的检查

在检出限检定时，气管和进样管路的工作情况也可能对测量结果产生影响。如果气管或连接处发生漏气，将影响测量结果的重复性。因此，测量时应确保气路密封良好，在检定前可以先使用肥皂泡检查气管是否发生漏气。液体进样管应时刻保持清洁干净，如果有污染物，则容易导致管路部分堵塞，以致吸液不畅，影响气化效果，降低测量重复性，同时，污染物气化时也将影响测量结果的稳定性。排除废液的泵管要调节至合适的程度，泵管过紧容易提早老化，过松会导致废液不能及时排出，多余的废液反冲至二级气液分离器而进入原子化器，造成污染以及测量结果的不稳定，最终影响检出限的检定。

3 结语

根据规程要求，原子荧光光度计检出限的检定是反映仪器计量性能的一项重要技术指标，是影响仪器量值准确可靠的重要因素。由以上的分析讨论得知，检定用试剂与线性标准溶液的配制、仪器的测量条件和工作状态都可能影响检出限的测量结果。在检定过程中应注意每个细节，并对各种测量条件进行优化选择，更好地测出检出限的测量值，为产品的质量检测提供技术支撑。