蒸氣發(fā)生-非色散型原子熒光光度計測定中藥重金屬的應用及優(yōu)勢

王桂梅

奧測世紀（天津）技術有限公司 天津 301700

隨著現(xiàn)代中醫(yī)的推廣，中藥的質(zhì)量安全得到越來越多的關注，由于中藥的種植特點，其中重金屬的含量控制至關重要，《中國藥典》對中藥中鉛、鎘、砷、汞、銅的測定規(guī)定了原子吸收分光光度法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法，其中原子吸收分光光度法中測定砷用氫化物法，測定汞用冷蒸氣吸收法，這都是利用原子熒光光譜法進行的測定[1]。

1 蒸氣發(fā)生-非色散原子熒光光度計的原理

1.1 原子熒光光譜法的發(fā)展

原子熒光光譜法是20世紀60年代提出并在近些年迅速發(fā)展的一種成熟可靠的光譜分析方法，它是基于原子發(fā)射光譜法(AES)和原子吸收光譜法（AAS），發(fā)展出的一種新的原子光譜分析方法，對痕量和超痕量元素進行準確有效測定。

原子熒光光譜法中的一個重要分支，也是目前在實際應用中價值最高的的原子熒光光譜分析方法，即蒸氣發(fā)生-原子熒光光譜法，以此法為基礎唯一形成商品化的儀器，國內(nèi)外生產(chǎn)的原子熒光光度計大多采用非色散系統(tǒng)，即蒸氣發(fā)生-非色散原子熒光光度計（VG-AFS）。

1.2 蒸氣發(fā)生-非色散原子熒光光度計工作原理

原子熒光是指反應后，蒸氣相中的基態(tài)自由原子受到具有特征波長的光源輻射后，其中一些自由原子的外層電子吸收能量，躍遷至較高能態(tài)，在高能態(tài)的電子很不穩(wěn)定，又會在極短的時間(約10-8s)內(nèi)即會自發(fā)返回到較低能態(tài)(通常是基態(tài))或臨近基態(tài)的另一能態(tài)，同時將多余的能量輻射出去，形成原子熒光譜線。每個元素都有其特定的原子熒光光譜，在一定條件下，發(fā)射出的原子熒光譜線強度與被測金屬元素的含量呈線性關系，這就是原子熒光光譜法的理論依據(jù)[2]。

VG-AFS有效利用了在酸性條件下某些特定元素能與還原劑（KBH4或NaBH4）發(fā)生化學反應，生成氣態(tài)物質(zhì)的蒸氣發(fā)生技術，氣態(tài)物質(zhì)有可能是氣態(tài)共價氫化物（As、Sb、Bi、Se、Te、Pb、Sn、Ge元素），有可能是蒸氣態(tài)原子（Hg），有可能是揮發(fā)性化合物（Zn和Cd），然后利用載氣(Ar)將這些氣態(tài)物質(zhì)帶入原子熒光光度計的石英爐原子化器中，在氬氫火焰(指氬氣氛圍中的氫氧火焰)作用下進行原子化，此時氣態(tài)組分解離成被測元素的基態(tài)原子，具有特征光譜的激發(fā)光源照射基態(tài)原子后，基態(tài)原子吸收能量躍遷至高能態(tài)，從不穩(wěn)定的高能態(tài)去激發(fā)回到基態(tài)，發(fā)射出原子熒光(可以與吸收時的波長相同也可不同)。發(fā)射出的原子熒光，具備不同的特征波長，通過光電倍增管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，通過對峰面積的計算從而可得知試樣中被測元素的含量。

首先樣品經(jīng)過酸化，待測元素被還原生成氣態(tài)物質(zhì)，發(fā)生的化學反應如下：

NaBH4+3H2O+H+→H3BO3+Na++8H++Em+→EHn（氣體）+H2

使用適當催化劑，在上述反應中還可以得到了鎘和鋅的氣態(tài)組分。

反應生成的氣態(tài)組分與載氣（氬氣）混合，由氬氣帶入點有火焰的原子化器中，對待測元素進行原子化。

激發(fā)光源（一般是待測的各元素的空心陰極燈）會發(fā)射出各個元素的的特征譜線，聚焦后去激發(fā)氬氫火焰中的待測物原子，發(fā)出的熒光信號被檢測器接收，再經(jīng)電路放大，反映在計算機數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，處理信號數(shù)據(jù)得到測量結(jié)果。

激發(fā)系統(tǒng)采用專用特定波長激發(fā)光源，在照射含有待測元素的原子蒸氣時，就會產(chǎn)生具有特征波長原子熒光光譜，通過測定這些特征波長的原子熒光的強度即可求得樣品中待測元素的含量。因此，原子熒光的發(fā)射強度與樣品中待測元素的濃度、激發(fā)光源的發(fā)光強度以及其它參數(shù)之間存在著一定的函數(shù)關系[3]。

式中：

If一原子熒光強度；Φ一原子熒光量子效率；Io一光源輻射強度；

Kλ一在一定波長時的峰值吸收系數(shù)；L一吸收光程；N一單位長度內(nèi)基態(tài)原子數(shù)。

對于某一給定元素，光源的波長和強度一定，吸收光程固定，原子化條件一定，在元素濃度較低時，熒光強度與熒光物質(zhì)的質(zhì)量濃度ρ有如下簡單的關系(α為常數(shù))：

式(1-2)即為原子熒光定量分析的基本關系式。中α為常數(shù)，即原子熒光輻射強度與樣品中待測元素含最在較低的濃度范國內(nèi)存在線性關系。

2 蒸氣發(fā)生-非色散型原子熒光光度計測定金屬元素的優(yōu)勢

VG-AFS集中了蒸氣發(fā)生和非色散原子熒光光度計兩者在分析技術上的優(yōu)點：

①分析元素在蒸氣發(fā)生過程中與基體分離并得到富集，受原試樣中的基體干擾微小；②由于是氣體進樣，因此原子化效率很高；③待測元素氣態(tài)組分在氬氫火焰中進行原子化，此種火焰具有很高的熒光效率和較低的背景輻射，且待測元素的熒光譜線均位于紫外波段，而非色散原子熒光光度計的檢測器對紫外波段（160nm～320nm）范圍內(nèi)最為靈敏。這些方面的結(jié)合使AFS具有很高的信噪比和靈敏度[4]。

目前， 我國對于VG-AFS的研發(fā)以及分析方法的研究和應用上，在國際上占有領先的地位。由于該法能夠檢測砷、汞、銻、硒、鉛等12種元素，性能優(yōu)良，檢測靈敏度高，很多領域的檢測都已采用，且已建立了90多項相關國家標準、行業(yè)標準和地方標準。我國諸多相關機構更是以AFS系列產(chǎn)品為基礎， 制定了食品衛(wèi)生、飲用水、礦泉水中重金屬檢測的多項國家標準和行業(yè)標準，該法也被國家相關部門正式確定為環(huán)境監(jiān)測的推薦標準方法。應該說VG-AFS是為數(shù)不多的具有中國自主知識產(chǎn)權的分析儀器，在國內(nèi)已基本得到普及，成為各領域?qū)嶒炇业某Ｒ?guī)分析儀器之一。

原子熒光光譜法之所以迅速在很多領域得以廣泛普及，同國民經(jīng)濟與科學技術的發(fā)展需求有關，但更重要的應歸結(jié)于該法本身所具有的獨特技術優(yōu)勢，大致可歸納如下：

（1）靈敏度高。原子熒光的發(fā)射強度與激發(fā)光源的強度成正比，且從偏離入射光的方向進行檢測，即幾乎在無背景下檢測熒光強度。另外，非色散熒光度計采用單透鏡、短焦距光學系統(tǒng)，光能最損失少，且可同時測量被測元素多條熒光譜線，因此可獲得很高的分析靈敏度和很低的檢出限[5]。

（2）選擇性好。原子熒光光譜同原子吸收光譜一樣，也是元素的固有特征，這是其選擇性好的根本原因。

（3）精密度好。在VG-AFS分析法中，特有的“低溫原子化”分析技術及峰面積測定計算方式的運用，使得測量具有良好的精密度。

（4）干擾少。原子熒光光譜線比較簡單，一般無光譜重疊造成干擾，此外，蒸氣發(fā)生技術的特點使待測元素與其基體分離效果好，可消除大量基體引起的干擾。

（5）儀器結(jié)構簡單。非色散原子熒光光度計不需分光，無單色器分光機構，儀器結(jié)構比較簡單，體積小，成本低，市場推廣度高。

（6）校正曲線的線性良好。激發(fā)光源選用各元素的空心陰極燈或其高性能空心陰極燈，光源穩(wěn)定，強度高，校正曲線不但線性好，且線性范圍可達3個數(shù)量級。

3 結(jié)語

隨著計算機技術的快速發(fā)展，高度自動化、方便強大的數(shù)據(jù)處理能力以及故障的快速診斷排除等無疑成為高科技VG-AFS產(chǎn)品的發(fā)展方向，先進的檢測技術必定也是中藥質(zhì)量嚴格把控的強有力的助推劑。