化学检验员掌握原子荧光光谱法 (Atomic Fluorescence Spectrometry, AFS) 是其在痕量元素分析领域的重要技能，尤其在汞 (Hg)、砷 (As)、硒 (Se)、锑 (Sb)、铋 (Bi)、碲 (Te)、铅 (Pb)、锡 (Sn)、镉 (Cd)、锗 (Ge) 等易形成挥发性氢化物元素的检测中具有显著优势。该方法灵敏度高、选择性好、干扰少、线性范围宽，是环境、食品、地质等领域检测这些特定元素的首选或重要补充技术。

一、 基本原理

原子荧光光谱法基于气态基态原子在特定波长光源（通常是锐线光源）照射下，吸收能量跃迁至激发态，随后在返回基态过程中发射出特征波长的荧光。

过程：

样品中的待测元素在氢化物发生系统中被还原剂（如硼氢化钠 NaBH₄）还原，生成挥发性共价氢化物（如 AsH₃, Hg⁰, SeH₂）或冷原子（Hg）。

氢化物/蒸气被载气（通常是氩气）带入原子化器（通常为石英管，可加热或不加热）。

在原子化器中，氢化物分解或蒸气原子化，形成基态原子蒸气。

基态原子蒸气受到高强度空心阴极灯或无极放电灯 (EDL) 发出的特征锐线辐射激发。

激发态原子在返回基态时，向各个方向发射出与激发光波长相同或不同的荧光。

检测器（光电倍增管）在与激发光源成直角方向（90°）检测特定波长的荧光强度。

荧光强度与样品中待测元素的浓度在一定范围内成正比，实现定量分析。

关键点：AFS是发射光谱，但其激发源是外部光源（区别于AES的热激发），检测信号是荧光而非直接发射光。

二、 主要组成部分与功能

化学检验员必须熟悉AFS仪器的四大核心部分：

氢化物发生/冷蒸气发生系统 (HG/CV System)：

反应瓶/反应管：样品溶液、还原剂（NaBH₄溶液）、酸化剂（HCl）在此混合反应。

进样系统：自动进样器或手动进样，精确控制样品和还原剂加入。

气液分离器 (Gas-Liquid Separator, GLS)：将生成的氢化物/蒸气与废液分离。常用文丘里管或膜分离技术。

作用：将待测元素从样品基体中分离并转化为气态氢化物或原子蒸气，实现预富集和基体分离，极大提高灵敏度和抗干扰能力。

组成：

化学检验员重点：控制反应条件（酸度、还原剂浓度、反应时间、温度）对灵敏度和稳定性至关重要。

光源：

高强度空心阴极灯 (HCL) 或 无极放电灯 (EDL)。

EDL 通常比 HCL 光强更高，稳定性更好，特别适用于 As、Se、Pb 等元素，能显著提高灵敏度。

操作要点：预热足够时间，确保光强稳定。

原子化器与光学系统：

聚焦透镜：将光源发出的光聚焦到原子化器中。

单色器/滤光片：分离出待测元素的特征荧光波长，滤除杂散光。

检测器（光电倍增管 - PMT）：置于与激发光源成90°的位置，检测荧光信号。此角度可最大限度减少激发光源的直接干扰。

原子化器：通常是置于光路中的石英管。氢化物在此受热（电加热或火焰加热）分解为自由原子，或Hg⁰直接通过。部分仪器（如冷蒸气法测Hg）无需加热。

光学系统：

数据处理系统：

记录荧光强度，绘制校准曲线，计算浓度。

三、 标准分析流程（化学检验员实操步骤）

样品前处理：

湿法消解：使用 HNO₃-H₂SO₄、HNO₃-HClO₄、王水等，将样品（如土壤、食品、生物组织）中的有机物破坏，无机物溶解。对于As、Sb、Se等，常需将不同价态还原为统一价态（如As(V)还原为As(III)）以提高氢化物发生效率。

微波消解：更高效、更安全的消解方式，是当前主流。

直接酸提取：适用于水样或可溶性样品。

目的：将待测元素转化为可被还原剂还原的形态（通常是高价态），并溶解于酸性介质中。

常用方法：

关键：避免污染（使用高纯酸、超纯水、洁净器皿）、防止待测元素损失（如Hg易挥发，需加盖回流或使用冷凝装置）、定容准确、调节至合适酸度（通常1-5 mol/L HCl）。

试剂配制：

还原剂溶液：通常为1.5%-3%的 NaBH₄ 溶液，用0.5%-1% NaOH稳定。必须现用现配，因其在水溶液中不稳定，易分解。

载流：通常是2%-5%的 HCl 溶液，用于清洗管路和作为样品进入反应系统的载体。

标准溶液：使用有证标准物质，逐级稀释配制系列浓度标准溶液。注意标准溶液的介质（酸度）应与样品一致。

仪器准备与优化：

光源电流、负高压（PMT电压）。

载气（Ar）流量。

还原剂和载流的泵速（蠕动泵）。

反应时间、读数时间。

（如适用）原子化器温度。

开机，预热光源（HCL/EDL）。

设置仪器参数：

优化条件：可通过测量标准溶液的荧光强度，调整载气流量、还原剂浓度、酸度等参数，使信号最强且稳定。

校准曲线建立：

依次测量空白溶液（载流）和系列标准溶液的荧光强度。

软件自动绘制校准曲线（荧光强度 vs. 浓度）。

检查：相关系数 R² > 0.995 为佳；曲线应通过原点附近。

样品分析：

平行样：检查精密度（RSD）。

加标回收：评估准确度（回收率通常要求80%-120%）。

标准物质 (CRM)：验证方法准确性。

空白监控：确保试剂和器皿无污染。

重复测量：长时间运行后检查稳定性。

测量试剂空白，扣除背景。

测量待测样品溶液的荧光强度。

质量控制 (QC)：

数据处理与报告：

仪器根据校准曲线计算样品浓度。

结合样品的稀释倍数、称样量、定容体积等，换算为原始样品中的含量。

结合QC结果评估数据可靠性。

规范填写原始记录，出具检测报告。

四、 化学检验员注意事项与常见问题

安全第一：

强酸：消解过程在通风橱内操作，佩戴防护眼镜、手套、实验服。

NaBH₄：遇水或酸产生易燃易爆的氢气（H₂）。操作时远离明火，确保气液分离器排气通畅。

Hg 蒸气：剧毒！测Hg时，整个系统（包括废液瓶）必须密闭，废气需用活性炭或KMnO₄溶液吸收处理。

高压气体：氩气瓶安全使用。

防止污染：

Hg 污染是AFS实验室最常见问题！所有接触Hg的器皿必须专用并严格清洗（如用10% HNO₃浸泡）。最好有专用的Hg分析仪器或严格清洗程序。

使用高纯试剂、超纯水。

器皿彻底清洗（酸泡、超纯水冲洗）。

试剂稳定性：

NaBH₄溶液必须新鲜配制，通常每4-8小时更换一次，否则灵敏度下降严重。

注意还原剂与样品反应的剧烈程度，避免反应过猛导致液体倒吸入仪器。

常见干扰及消除：

消除：加入掩蔽剂（如K₃[Fe(CN)₆]、硫脲-抗坏血酸、KI）、铁氰化钾常用于消除Cu、Ni、Co等干扰；稀释样品；基体匹配或标准加入法。

共存元素干扰：某些金属离子（如Cu²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Ag⁺）可能催化NaBH₄分解或与待测元素竞争还原，抑制氢化物生成。

酸度影响：酸度过高或过低均影响氢化物发生效率。需优化并保持一致。

物理干扰：样品粘度、表面张力影响进样和反应。可通过稀释、基体匹配消除。

仪器维护：

每次使用后，用载流（稀HCl）和去离子水充分冲洗管路系统（泵管、反应管、气液分离器）10-15分钟。

定期更换蠕动泵泵管（通常1-2个月或出现进样不稳定时）。

清洁气液分离器，防止废液积聚和堵塞。

记录仪器使用和维护日志。

五、 AFS vs. AAS vs. ICP-MS

六、 总结

原子荧光光谱法是化学检验员在汞、砷、硒等特定元素痕量分析领域的“专精特新”技术。其核心优势在于氢化物发生/冷蒸气发生技术带来的高灵敏度、高选择性和良好的抗干扰能力。

化学检验员成功应用AFS的关键在于：

精通样品前处理，确保待测元素处于可检测形态。

严格控制反应条件（酸度、还原剂浓度、稳定性）。

高度重视污染防控，特别是汞污染。

熟练掌握质量控制，确保数据准确可靠。

规范维护仪器，保证长期稳定运行。

通过掌握AFS技术，化学检验员能够为食品安全（如大米中砷、水产品中汞）、环境监测（如水中重金属）、职业卫生等领域提供高精度的检测数据，是现代化学检验不可或缺的重要能力。