基于多道原子荧光光谱仪的通道平衡设计

　　1　引　言

　　原子荧光光谱法是原子光谱法中的一个重要分支,它具有以下特点:①谱线简单,仅需滤光片等进行简单分光或用日盲倍增管直接测量;②灵敏度高,检出限低;③适用于多元素同步分析[1]。目前,多道原子荧光光谱仪的激发光源一般采用强短脉冲进行供电,这种方式下空芯阴极灯可使用较大的峰值电流,实现小功率空芯阴极灯的较强光能输出。由于空芯阴极灯的延迟及余辉和光电倍增管的分布电容使光电倍增管的信号输出波形发生畸变,在解调时除了要求与灯短脉冲同步之外,需对解调脉冲信号进行延迟,这样才能保证有较好的信噪比[2]。现有的多道原子荧光光谱仪在进行多元素同步分析时,由于样品中各元素浓度差别较大,以及各元素激发光源辐射强度的差异,光电倍增管接收的各元素的荧光信号强度相差较大,仪器噪声是基本不变的,这样经光电转换后,通道信噪比相差也较大,导致某些小浓度元素的测试精密度下降,严重影响原子荧光光谱仪在多元素同步分析时的稳定性[3]。

　　当然,解决以上问题可以采取元素分别测量的方法,即用单道原子荧光光谱仪分别对各元素进行测量,但此方法不具有多道原子荧光光谱仪对多元素进行同步分析的效率优势。那么,在保证多元素同步分析的基础上,如何有效地对各元素浓度差别较大的样品进行测量呢?传统的解决方法是从空芯阴极灯电流着手考虑。但因其本身结构和激发辐射原理的限制,效果并不理想。因此,我们提出一种新的解决方法,即通道平衡的思想,在有效采样区间内通过光电倍增管上施加不同负高压来控制各通道光电转换的灵敏度[4],使各通道都处于最佳测试状态。以达到真正意义上的对各测试元素浓度差别较大的样品进行快速、精确测量的目的。

　　2　原子荧光光谱分析的定量关系以及误差分析

　　原子荧光光谱分析法是用激发光源照射含有一定浓度的待测元素的原子蒸气,从而使基态原子跃迁到激发态,然后去激发回到原基态,发出原子荧光,根据标准曲线理论[5],测定原子荧光的强度即可求得待测样品中该元素的含量。

　　假设原子只吸收某一频率的光能,在被激发至特定的能级后发出荧光,且在荧光池中不被重新吸收。整个荧光池处于可被检测器观测的立体角之内。此时发射频率为ν的原子荧光强度Ifν与被吸收的频率为ν的激发光强度Iaν和原子荧光量子效率φ之间有如下关系:

的积分强度,N0为原子蒸气中单位体积内某元素的原子总数。当形成原子蒸气的化学反应条件、原子化器等构成条件、以及载气等测定条件相对固定时,N0与待测样品浓度c成正比。原子荧光量子效率φ与总吸收系数A为恒定,原子荧光强度仅仅与待测样品中某元素的原子浓度c呈简单的线性关系: