原子荧光光谱法（atomicfluorescencespectrometry,AFS）是基于气态和基态原子的核外层电子吸收共振发射线后，发射出荧光进行元素定量分析，是20世纪60年代初期由Winfordner和Vickers提出原子荧光分析技术后发展起来的一种原子光谱分析方法。经过国内众多分析科学工作者的长期努力，现已形成了具有我国特色的原子荧光光谱法分析理论与仪器。

从理论原理上说，原子荧光光谱法分析对象与原子吸收光谱法和原子发射光谱法相同，可以进行数十种元素的定量分析。但是迄今为止，原子荧光光谱法最成功的分析对象主要是：易形成冷原子蒸气（Hg)、易形成气态氢化物（As,Sb,Bi,Se,Te,Ge,Pb,Sn）和可以形成气态组分（Cd,Zn）的11种元素。

一、原子荧光光谱法基本原理

1.原子荧光光谱的产生
气态和基态原子核外层电子吸收了特征频率的光辐射后被激发至第一激发态或较高的激发态，在瞬间又跃迁回基态或较低的能态。若跃迁过程以光辐射的形式发射出与所吸收的特征频率相同或不同的光辐射，即产生原子荧光。原子荧光为光致发光，当光辐射停止激发时，荧光发射就立即停止。

2.原子荧光的类型

原子荧光主要分为共振荧光、非共振荧光和敏化荧光三种，A为光吸收过程，F为光发射过程,H1为热助激发过程，H2为无辐射跃迁过程。

(1)共振荧光处于基态原子核外层电子（E0）吸收了共振频率的光辐射后被激发，发射与所吸收共振频率相同的光辐射，即为共振原子荧光，A与F若核外层电子先被热助激发（H1）处于亚稳态（E1)，吸收光辐射后被激发至激发态（E2)，然后发射出与吸收频率相同的光辐射，称为热助共振荧光，共振荧光的跃迁概率最大，荧光强度最强，在原子荧光分析中最为常用。

(2)非共振荧光基态原子核外层电子吸收的光辐射与发射的荧光频率不相同时，产生非共振荧光。非共振荧光又分为Stokes荧光（包括直跃线荧光、阶共振荧光跃线荧光）和反Stokes荧光。Stokes荧光所发射光辐射频率比所吸收光辐射的频率低，而反Stokes荧光所发射光辐射频率比所吸收光辐射的频率高。

①直跃线荧光基态（E0）或受热助激发（H1）至亚稳态（E1）的原子核外层电子被激发至较高的激发态（E2),跃迁回较低激发态（E2）时所发射的荧光称为直跃线荧光。

②阶跃线荧光存在正常阶跃荧光和热助阶跃线荧光两种。正常阶跃荧光是基态（E0）原子核外层电子被激发至较高的激发态（E2)，以非辐射形式（H2)跃迁回较低能级（E1)，以光辐射形式返回基态（E0）而发射出荧光，热助阶跃线是原子核外层电子被激发至较高的激发态(E2）后，受热助（H1）过程进一步被激发至激发态（E3),以光辐射形式返回较低激发态（E1)而发射出荧光。

③反Stokes荧光有两种发射荧光方式，一种是受热助激发（H1）至亚稳态（E1）的原子核外层电子被光辐射激发至激发态（E2)，由激发态（E2)跃迁回基态(E0）时发射出荧光，另一种是基态（E0）原子核外层电子被光辐射激发至较高的激发态（E2），受热助（H1）过程进一步激发至激发态（E3),由激发态（E3)跃迁回基态（E0）时发射出荧光。

(3）敏化荧光受光辐射激发的原子与另一个原子碰撞时，把激发能传递给这个原子并使其激发，受碰撞被激发的原子以光辐射形式跃迁回基态或低能态而发射出荧光，即为敏化荧光。火焰原子化法基本观察不到敏化荧光，石墨炉原子化法才能观察到。

3．荧光强度与浓度的关系

气态和基态原子核外层电子对特定频率（υ0）光辐射的吸收强度（Ia)、发射出的荧光强度（If）和荧光量子效率（φ)的关系为

If=φ............(1)

依据原子吸收定量关系式

将上式代入式(1)后得到

I_f=φI₀(1-e^-klN0)(2)

式(1)经e^-klN0级数展开和忽略级数展开项中高幂次方项后，得到

If＝φI₀klN₀

因为N0∝c(c为试样溶液中待测元素的浓度），所以

If=Kc(3)

式(3）是原子荧光光谱法定量分析依据。

4．荧光碎灭

处于激发态的原子核外层电子除了以光辐射形式释放激发能量外，还可能产生非辐射形式释放激发能量，所发生的非辐射释放能量过程使光辐射的强度减弱或消失，称为荧光碎灭。荧光碎灭主要有以下几种机理：

(1）与自由原子碰撞A*+X===A+X+△H。A和A*为基态和激发态原子，X为其他自由原子，△H为热能。

(2）与自由原子碰撞后形成不同的激发态A*+X===A'+X+△H。A*和A’为原子不同激发态。

(3)与分子碰撞A*+HX===A十HX+△H,HX为原子化器中的其他分子。HX可能是原子化过程中的产物，与分子碰撞过程是荧光碎灭的主要原因。

(4)与分子碰撞后形成不同的激发态A*+HX===A'+HX+△H。

(5)与电子碰撞A*+e-===A+e-’。e-’为高速电子，主要发生在原子化的电离过程。

(6)化学摔灭反应A*+HX===A+H•+X•。H•和X·为分子均裂后的自由基。

5.荧光量子效率

荧光碎灭的程度可以采用荧光量子效率（φ)表示：

Φ=φf/φA(4)

式中φf为单位时间内发射的荧光光子数；φA为单位时间内吸收激发光的光子数。

在原子荧光光谱法分析中力求φ接近于1，但是通常情况下φ小于l。

二、原子荧光分光光度计

1．原子荧光分光光度计的组成

原子荧光分光光度计与原子吸收分光光度计的结构相似，为了避免锐线光源所发射的强光辐射对弱原子荧光信号检测的影响，单色器和检测器的位置与激发光源位置成90°；还有原子荧光分光光度计都配置了氢化物（冷原子）发生器。

原子荧光分光光度计分为色散型和非色散型两类。激发光源可采用锐线光源（空心阴极灯）或连续光源（氙弧灯）；光学系统可采用色散型和非色散型两种，色散型光学系统采用平面衍射光栅，非色散型光学系统采用滤光片；氢化物发生器主要采用电加热方式分解氢化物，也可以采用火焰加热方式；检测系统都采用光电倍增管。

2．氢化物发生法

(1)氢化物的发生氢化物发生法是依据8种元素：As,Bi,Ge,Pb,Sb,Se,Sn和Te的氢化物在常温下为气态，利用某些能产生初生态还原剂(H•）或某些化学反应，与试样中的这些元素形成挥发性共价氢化物。

氢化物发生方法有：硼氢化钠（钾）一酸还原体系、金属一酸还原体系、碱性模式还原体系和电解还原法四种，目前应用最多的是硼氢化钠（钾）一酸还原体系。
硼氢化钠（钾）一酸还原体系氢化物形成原理：

NaBH4+3H2O+HCl→H3BO3+NaCl+8H•

8H•+Em+一→EHn↑＋H2↑（过剩）

式中Em+为正m价的被测元素离子，EHn为被测元素的氢化物，H·为初生态的氢。

金属氢化物的形成决定于两个因素：被测元素与初生态氢的化合速率和硼氢化钠在酸性溶液中的分解速率。硼氢化钠（钾）一酸还原体系氢化物发生体系在还原能力、反应速率、自动化操作、抗千扰程度以及分析元素等方面都可满足微量和痕量元素的分析要求，适用于以上8种元素和其他3种元素（Hg,Cd,Zn）的定量分析。

(2)氢化物的发生器氢化物发生器一般包括进样系统、混合反应器、气液分离器和载气系统。根据不同的蠕动泵进样法，可以分为连续流动法、流动注射法、断续流动法和间歇泵进样法等。连续流动式所得到的荧光信号是连续信号。

试样溶液和反应剂由蠕动泵携带进入混合反应器进行生成氢化物反应，所产生的氢化物和水蒸气（气溶胶）被载气携带进入气液分离器，分离掉大部分的水蒸气（气溶胶）后氢化物被载气携带进入原子化器，依据氢化物热稳定性差的特点，用电加热或火焰加热方法使氢化物迅速解离成基态原子蒸气，从而吸收特征谱线（I0）后发射出荧光信号（(If)。

(3)氢化物发生法的特点分析元素在混合反应器中产生氢化物与基体元素分离，消除基体效应所产生的各种干扰；与火焰原子化法的雾化器进样相比，氢化物发生法具有预富集和浓缩的效能，进样效率高；连续流动式氢化物发生器易于实现自动化；不同价态的元素的氢化物发生的条件不同，可以进行该元素的价态分析；但是无法分析不能形成氢化物或挥发性化合物的元素，氢化物发生法存在液相和气相等干扰。

三、原子荧光光谱定量分析

若采用火焰原子化或石墨炉原子化法分析这些元素，由于这些元素的吸收谱线与发射谱线都位于紫外光谱区，不仅分析的灵敏度低，而且火焰原子化过程产生严重的背景吸收，石墨炉原子化过程的基体干扰和灰化损失比较严重，甚至电感耦合等离子发射光谱法（ICP-AES)对低含量的这些元素和汞元素分析都无法满足要求。

原子荧光光谱法分析11种元素的检出限、精密度和线性范围，以及在空气和水样中Hg的分析指标。可以看出，原子荧光光谱法具有较低的检出限、较高的灵敏度、较少的干扰、吸收谱线与发射谱线比较单一、标准曲线的线性范围宽（(3-5个数量级）等特点；仪器结构简单且价格便宜，由于原子荧光是向空间各个方向发射，比较容易设计多元素同时分析的多通道原子荧光分光光度计。原子荧光光谱法的定量分析主要采用标准曲线法，也可以采用标准加入法，见4.4.4节：原子吸收光谱定量分析方法部分。