4.3 原子荧光光谱仪的类型与结构
原子荧光光谱仪与原子吸收分光光度计的组成基本相同，也是由激发光源、原子化器、单色器、检测器及信号处理显示系统组成的。它们的主要区别在于原子吸收分光光度计的锐线光源、原子化器、单色器和检测器位于同一条直线上。而原子荧光光谱仪中，激发光源与检测器处于直角状态，如图4-3所示，这是为了避免激发光源发射的辐射进入单色器和检测系统，影响荧光信号的检测。
图4-3 原子荧光光谱仪示意图
原子荧光光谱仪有色散型和非色散型两类，其结构基本相似，只是单色器不同。
色散型仪器的优点是使用的波段范围宽，分离散射光的能力强；缺点是价格较贵，可能存在波长漂移。非色散型仪器的优点是结构简单，价格便宜，不存在波长漂移，并且光谱通带宽，照度大，荧光信号强，因而有较好的检出限；缺点是必须用日盲光电倍增管，较易受到散射光及其他光谱干扰的影响。对某些元素来说，非色散系统与用单色器色散的仪器相比较，检出限可降低1～2个数量级。
4.3.1 激发光源
因为在通常使用的光源条件下，荧光强度与激发光强度成正比，因此在原子荧光分光光度计中，需采用高强度光源，如高强度空心阴极灯、无极放电灯、激光、等离子体等。商品仪器中多采用前两种。
（1）高强度空心阴极灯 高强度空心阴极灯是在普通空心阴极灯中加上一对辅助电极，辅助电极的作用是产生第二次放电，从而大大提高金属元素共振线的强度，而其他谱线的强度增加不大，这对测定谱线较多的元素如铁、钴、镍和钼等较为有利。
（2）无极放电灯 无极放电灯比高强度空心阴极灯的亮度高、自吸收小、寿命长，它特别适用于在短波区有共振线的易挥发元素的测定。目前已制成几十种无极放电灯，如铋、砷、镓、锗、汞、铟、锑、硒、碲等。
（3）氙弧灯 氙弧灯是一种连续光源。由于荧光强度受吸收线轮廓的影响不显著，因此可以用连续光源而不必用高色散率的单色器。用连续光源的优点是可以做多元素分析。氙弧灯在可见光区和近紫外区发射连续光谱，但低于250nm时发射强度急剧减弱。
氙弧灯光强稳定，不需要特殊方法来控制温度，可以激发银、金、铋、镉、铜、钴、铁、汞、镁、锰、铅、铊、锌等谱线。
（4）激光光源 激光光源比普通光源有更多优点，最重要的优点是输出功率高，可达到饱和荧光，进行分析时可达到很低的检出限。用激光作光源是原子荧光分析的重要进展，适用于原子荧光分析的激光光源必须能够在可见-紫外光波的范围内提供任意波长的辐射。
激光原子荧光光谱仪采用可调谐激光器代替无极放电灯，能在可见光区到接近紫外区实现连续调频，具有很高的光强和很窄的谱线宽度，加上采用窄脉冲技术，使原子荧光获得极高的分析灵敏度和选择性。采用激光光源可获得多种元素的最佳检出限。
4.3.2 原子化器
AFS的原子化器与AAS的基本相同，也可以使用火焰和无火焰原子化器来实现原子化，应注意的是火焰成分对荧光猝灭作用的影响。
（1）火焰原子化器 AFS中火焰原子化器的结构和工作原理与AAS中使用的相同，只是在AFS中无须采用长形火焰来增大吸收光程，而是采用截面为圆形的火焰，以提高荧光辐射强度和稳定性，并便于多元素分析。火焰中主要的荧光猝灭剂有CO、CO2、N2等，因此原子荧光分析尽量不用含碳的燃料气体，而用氢气-氩气或氩气稀释的氢气-氧气火焰。
2H2+O2
2H2O+hν
（2）电热原子化器 电热原子化器除了具有和在原子吸收分析中同样的优点外，还具有可以选择猝灭效应小的气体的优点，使原子荧光分析达到很低的检出限。例如用高温石墨炉在氩气气氛中，曾测得锌、镉、锑、铁、铊、铅、镁和铜的检出限在2×10-9g（铊）到4×10-14g（锌）之间；用碳丝炉在氩气气氛中测得银的检出限为3×10-11g，镁的检出限为1×10-16g。
（3）电感耦合等离子体（ICP）原子化器 ICP原子化器的特点是原子化温度高，且荧光效率高，散射现象少。ICP原子化器还有基体效应小、可同时测定多元素的优点。
（4）低温原子化法 在AFS中，低温原子化法即氢化物原子化法和测定Hg的冷原子化法也多有应用，冷原子荧光测汞已是美国EPA的标准方法，汞的检出限可达pg·mL-1数量级。
4.3.3 色散系统
原子荧光的光谱简单，谱线较少，故无须高分辨能力的单色器，甚至可不用色散系统，或采用简单的滤光片，即可检测荧光信号。原子荧光要求单色器有较强的集光本领，以便得到尽可能大的信号强度。同时要求光路短（例如使用较小的单色器），这对200nm以下的波段尤为重要，因为在这个光谱区中空气对辐射的吸收很显著。
（1）色散型 色散元件是光栅。
（2）非色散型 非色散型用滤光器来分离分析线和邻近谱线，可降低背景。
4.3.4 检测器
色散型原子荧光光谱仪采用光电倍增管。非色散型多用日盲光电倍增管，其阴极由Cs-Te材料制成，对160～280nm波长的辐射有很高的灵敏度，但对大于320nm波长的辐射不灵敏。
4.3.5 多元素原子荧光分析仪
在各种原子荧光光谱分析仪器中，单通道原子荧光分光光度计的应用较多，也有利用两个空心阴极灯供电脉冲之间的相位差，采用一个检测器的双通道仪器，分析效率提高。
原子荧光可由原子化器周围任何方向的激发光源激发而产生，因此设计了多道、多元素同时分析仪器。它也分为非色散型与色散型。非色散型六道原子荧光光谱仪结构如图4-4所示。
图4-4 原子荧光光谱法同时分析多种元素的仪器示意图
每种元素都有各自的激发光源在原子化器的周围，各自一个滤光器，每种元素都有一个单独的电子通道，共同使用一个火焰原子化器、一个检测器。激发光源一定不能直接对着检测器，实验时逐个元素顺序测量。