蒸气发生-非色散型原子荧光光度计测定中药重金属的应用及优势

王桂梅

奥测世纪（天津）技术有限公司 天津 301700

随着现代中医的推广，中药的质量安全得到越来越多的关注，由于中药的种植特点，其中重金属的含量控制至关重要，《中国药典》对中药中铅、镉、砷、汞、铜的测定规定了原子吸收分光光度法和电感耦合等离子体质谱法，其中原子吸收分光光度法中测定砷用氢化物法，测定汞用冷蒸气吸收法，这都是利用原子荧光光谱法进行的测定[1]。

1 蒸气发生-非色散原子荧光光度计的原理

1.1 原子荧光光谱法的发展

原子荧光光谱法是20世纪60年代提出并在近些年迅速发展的一种成熟可靠的光谱分析方法，它是基于原子发射光谱法(AES)和原子吸收光谱法（AAS），发展出的一种新的原子光谱分析方法，对痕量和超痕量元素进行准确有效测定。

原子荧光光谱法中的一个重要分支，也是目前在实际应用中价值最高的的原子荧光光谱分析方法，即蒸气发生-原子荧光光谱法，以此法为基础唯一形成商品化的仪器，国内外生产的原子荧光光度计大多采用非色散系统，即蒸气发生-非色散原子荧光光度计（VG-AFS）。

1.2 蒸气发生-非色散原子荧光光度计工作原理

原子荧光是指反应后，蒸气相中的基态自由原子受到具有特征波长的光源辐射后，其中一些自由原子的外层电子吸收能量，跃迁至较高能态，在高能态的电子很不稳定，又会在极短的时间(约10-8s)内即会自发返回到较低能态(通常是基态)或临近基态的另一能态，同时将多余的能量辐射出去，形成原子荧光谱线。每个元素都有其特定的原子荧光光谱，在一定条件下，发射出的原子荧光谱线强度与被测金属元素的含量呈线性关系，这就是原子荧光光谱法的理论依据[2]。

VG-AFS有效利用了在酸性条件下某些特定元素能与还原剂（KBH4或NaBH4）发生化学反应，生成气态物质的蒸气发生技术，气态物质有可能是气态共价氢化物（As、Sb、Bi、Se、Te、Pb、Sn、Ge元素），有可能是蒸气态原子（Hg），有可能是挥发性化合物（Zn和Cd），然后利用载气(Ar)将这些气态物质带入原子荧光光度计的石英炉原子化器中，在氩氢火焰(指氩气氛围中的氢氧火焰)作用下进行原子化，此时气态组分解离成被测元素的基态原子，具有特征光谱的激发光源照射基态原子后，基态原子吸收能量跃迁至高能态，从不稳定的高能态去激发回到基态，发射出原子荧光(可以与吸收时的波长相同也可不同)。发射出的原子荧光，具备不同的特征波长，通过光电倍增管将光信号转换为电信号，通过对峰面积的计算从而可得知试样中被测元素的含量。

首先样品经过酸化，待测元素被还原生成气态物质，发生的化学反应如下：

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

使用适当催化剂，在上述反应中还可以得到了镉和锌的气态组分。

反应生成的气态组分与载气（氩气）混合，由氩气带入点有火焰的原子化器中，对待测元素进行原子化。

激发光源（一般是待测的各元素的空心阴极灯）会发射出各个元素的的特征谱线，聚焦后去激发氩氢火焰中的待测物原子，发出的荧光信号被检测器接收，再经电路放大，反映在计算机数据系统中，处理信号数据得到测量结果。

激发系统采用专用特定波长激发光源，在照射含有待测元素的原子蒸气时，就会产生具有特征波长原子荧光光谱，通过测定这些特征波长的原子荧光的强度即可求得样品中待测元素的含量。因此，原子荧光的发射强度与样品中待测元素的浓度、激发光源的发光强度以及其它参数之间存在着一定的函数关系[3]。

式中：

If一原子荧光强度；Φ一原子荧光量子效率；Io一光源辐射强度；

Kλ一在一定波长时的峰值吸收系数；L一吸收光程；N一单位长度内基态原子数。

对于某一给定元素，光源的波长和强度一定，吸收光程固定，原子化条件一定，在元素浓度较低时，荧光强度与荧光物质的质量浓度ρ有如下简单的关系(α为常数)：

式(1-2)即为原子荧光定量分析的基本关系式。中α为常数，即原子荧光辐射强度与样品中待测元素含最在较低的浓度范国内存在线性关系。

2 蒸气发生-非色散型原子荧光光度计测定金属元素的优势

VG-AFS集中了蒸气发生和非色散原子荧光光度计两者在分析技术上的优点：

①分析元素在蒸气发生过程中与基体分离并得到富集，受原试样中的基体干扰微小；②由于是气体进样，因此原子化效率很高；③待测元素气态组分在氩氢火焰中进行原子化，此种火焰具有很高的荧光效率和较低的背景辐射，且待测元素的荧光谱线均位于紫外波段，而非色散原子荧光光度计的检测器对紫外波段（160nm～320nm）范围内最为灵敏。这些方面的结合使AFS具有很高的信噪比和灵敏度[4]。

目前， 我国对于VG-AFS的研发以及分析方法的研究和应用上，在国际上占有领先的地位。由于该法能够检测砷、汞、锑、硒、铅等12种元素，性能优良，检测灵敏度高，很多领域的检测都已采用，且已建立了90多项相关国家标准、行业标准和地方标准。我国诸多相关机构更是以AFS系列产品为基础， 制定了食品卫生、饮用水、矿泉水中重金属检测的多项国家标准和行业标准，该法也被国家相关部门正式确定为环境监测的推荐标准方法。应该说VG-AFS是为数不多的具有中国自主知识产权的分析仪器，在国内已基本得到普及，成为各领域实验室的常规分析仪器之一。

原子荧光光谱法之所以迅速在很多领域得以广泛普及，同国民经济与科学技术的发展需求有关，但更重要的应归结于该法本身所具有的独特技术优势，大致可归纳如下：

（1）灵敏度高。原子荧光的发射强度与激发光源的强度成正比，且从偏离入射光的方向进行检测，即几乎在无背景下检测荧光强度。另外，非色散荧光度计采用单透镜、短焦距光学系统，光能最损失少，且可同时测量被测元素多条荧光谱线，因此可获得很高的分析灵敏度和很低的检出限[5]。

（2）选择性好。原子荧光光谱同原子吸收光谱一样，也是元素的固有特征，这是其选择性好的根本原因。

（3）精密度好。在VG-AFS分析法中，特有的“低温原子化”分析技术及峰面积测定计算方式的运用，使得测量具有良好的精密度。

（4）干扰少。原子荧光光谱线比较简单，一般无光谱重叠造成干扰，此外，蒸气发生技术的特点使待测元素与其基体分离效果好，可消除大量基体引起的干扰。

（5）仪器结构简单。非色散原子荧光光度计不需分光，无单色器分光机构，仪器结构比较简单，体积小，成本低，市场推广度高。

（6）校正曲线的线性良好。激发光源选用各元素的空心阴极灯或其高性能空心阴极灯，光源稳定，强度高，校正曲线不但线性好，且线性范围可达3个数量级。

3 结语

随着计算机技术的快速发展，高度自动化、方便强大的数据处理能力以及故障的快速诊断排除等无疑成为高科技VG-AFS产品的发展方向，先进的检测技术必定也是中药质量严格把控的强有力的助推剂。