原子螢光

原子螢光

氣態自由原子吸收光源的特徵輻射後,原子的外層電子躍遷到較高能級,然後又躍遷返回基態或較低能級,同時發射出與原激發波長相同或不同的發射即為原子螢光。原子螢光是光致發光,也是二次發光。當激發光源停止照射之後,再發射過程立即停止。

基本介紹

簡介,類型,共振螢光,非共振螢光,敏化螢光,螢光猝滅,原子螢光光譜法,

簡介

氣態自由原子吸收特徵波長的輻射後,原子的外層電子從基態或低能態躍遷到高能態,約經10-8秒,又躍遷至基態或低能態,同時發射出螢光。若原子螢光的波長與吸收線波長相同,稱為共振螢光;若不同,則稱為非共振螢光。共振螢光強度大,分析中套用最多。

類型

原子螢光可分共振螢光、非共振螢光與敏化螢光等三種類型。

共振螢光

氣態原子吸收共振線被激發後,再發射與原吸收線波長相同的螢光即是共振螢光。它的特點是激發線與螢光線的高低能級相同。如鋅原子吸收213.86nm的光,它發射螢光的波長也為213.861 nm。若原子受熱激發處於亞穩態,再吸收輻射進一步激發,然後再發射相同波長的共振螢光,此種原子螢光稱為熱助共振螢光。

非共振螢光

當螢光與激發光的波長不相同時,產生非共振螢光非共振螢光又分為直躍線螢光、階躍線螢光、anti-Stokes(反斯托克斯)螢光。
(i)直躍線螢光
激發態原子躍遷回至高於基態亞穩態時所發射的螢光稱為直躍線螢光,由於螢光的能級間隔小於激發線的能級間隔,所以螢光的波長大於激發線的波長。如鉛原子吸收283.31nm的光,而發射405.78nm的螢光。它是激發線和螢光線具有相同的高能級,而低能級不同。如果螢光線激發能大於螢光能,即螢光線的波長大於激發線的波長稱為Stokes螢光;反之,稱為anti-Stokes螢光。直躍線螢光為Stokes螢光。
(ii)階躍線螢光
有兩種情況,正常階躍螢光為被光照激發的原子,以非輻射形式去激發返回到較低能級,再以發射形式返回基態而發射的螢光。很顯然,螢光波長大於激發線波長。例鈉原子吸收330.30nm光,發射出588.99nm的螢光。非輻射形式為在原子化器中原子與其他粒子碰撞的去激發過程。熱助階躍螢光為被光照射激發的原子,躍遷至中間能級,又發生熱激發至高能級,然後返回至低能級發射的螢光。例如原子被359.35nm的光激發後,會產生很強的357.87nm螢光。
(iii)anti-Stokes螢光
當自由原子躍遷至某一能級,其獲得的能量一部分是由光源激發能供給,另一部分是熱能供給,然後返回低能級所發射的螢光為anti-Stokes螢光。其螢光能大於激發能,螢光波長小於激發線波長。例如銦吸收熱能後處於一較低的亞穩能級,再吸收451.13nm的光後,發射410.18nm的螢光。

敏化螢光

受光激發的原子與另一種原子碰撞時,把激發能傳遞給另一個原子使其激發,後者再以發射形式去激發而發射螢光即為敏化螢光。火焰原子化器中觀察不到敏化螢光,在非火焰原子化器中才能觀察到。 在以上各種類型的原子螢光中,共振螢光強度最大,最為常用。

螢光猝滅

受光激發的原子,可能發射共振螢光,也可能發射非共振螢光,還可能無輻射躍遷至低能級,所以量子效率一般小於1。 受激原子和其他粒子碰撞,把一部分能量變成熱運動與其他形式的能量,因而發生無輻射的去激發過程,這種現象稱為螢光猝滅。螢光的猝滅會使螢光的量子效率降低,螢光強度減弱。許多元素在烴類火焰中要比用氬稀釋的氫—氧火焰中螢光猝滅大得多,因此原子螢光光譜法,儘量不用烴類火焰,而用氬稀釋的氫—氧火焰代替。

原子螢光光譜法

原子螢光光譜法(AFS)是介於原子發射光譜AES)和原子吸收光譜(AAS)之間的光譜分析技術。它的基本原理是基態原子(一般蒸汽狀態)吸收合適的特定頻率的輻射而被激發至高能態,而後激發過程中以光輻射的形式發射出特徵波長的螢光。

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