Máy quang phổ huỳnh quang nguyên tử (AFS) là một công cụ phân tích nguyên tố vi lượng có độ nhạy cao. Cốt lõi của hiệu suất của nó là cơ chế sản xuất huỳnh quang nguyên tử khí độc đáo và thiết kế đường dẫn ánh sáng phù hợp chính xác, cùng nhau tạo thành nền tảng cho độ nhạy cao và giới hạn phát hiện thấp của AFS.

I. Cơ chế sản xuất huỳnh quang nguyên tử khí

Sản xuất huỳnh quang nguyên tử là một quá trình quang vật lý "kích thích thư giãn", cơ chế của nó có thể được chia thành ba bước chính:

Nguyên tử hóa và sự hình thành trạng thái cơ bản của nguyên tử tự do ở dạng khí: Tương tự như phổ hấp thụ nguyên tử (AAS), dung dịch mẫu được đưa vào bộ nguyên tử hóa nhiệt độ cao (thường là ngọn lửa hydro argon hoặc bộ nguyên tử hóa nhiệt điện/hơi) sau khi phun. Ở đây, các nguyên tố được đo được tách ra để tạo thành một số lượng lớn các nguyên tử tự do khí ở trạng thái cơ bản.

Photoscitation – sự hấp thụ cộng hưởng: Đây là sự khác biệt cơ bản giữa AFS và AAS. Các nguồn sáng sắc nét với các bước sóng cụ thể phát ra từ đèn cathode rỗng cường độ cao (HCL) hoặc đèn phóng điện vô cực (EDL) chiếu chính xác vào các nguyên tử trạng thái cơ bản này. Khi năng lượng photon chính xác bằng với sự khác biệt giữa trạng thái cơ bản của nguyên tử và mức năng lượng của trạng thái kích thích nhất định, nguyên tử trạng thái cơ bản sẽ hấp thụ photon đó một cách chọn lọc và chuyển sang trạng thái kích thích không ổn định.

Phát xạ huỳnh quang: Các nguyên tử ở trạng thái kích thích có tuổi thọ cực ngắn (khoảng 10⁻⁸ giây), tự nhiên thư giãn trở lại mức năng lượng thấp hơn (thường là trạng thái cơ bản) và giải phóng năng lượng dưới dạng photon. Ánh sáng phát ra từ quá trình này là huỳnh quang nguyên tử. Các tính năng chính của nó là: bước sóng phát ra có thể giống hoặc khác với bước sóng kích thích (huỳnh quang cộng hưởng), nhưng tất cả đều mang thông tin đặc trưng của các phần tử được đo.

II. Thiết kế đường quang

Để đạt được các cơ chế trên một cách hiệu quả và tăng cường thu thập tín hiệu, đường dẫn quang học của AFS sử dụng hai thiết kế "phân tán" và "không phân tán" rất khác với AAS, trong đó loại không phân tán phổ biến hơn do hiệu quả tập trung cao.

Ý tưởng thiết kế cốt lõi của nó là "nguồn sáng được bố trí theo góc vuông với máy dò":

Đường dẫn ánh sáng kích thích (theo chiều dọc): Một chùm ánh sáng kích thích phát ra từ một nguồn ánh sáng cường độ cao đi thẳng qua trung tâm của bộ hóa nguyên tử và tương tác với hơi nguyên tử. Mục tiêu của con đường ánh sáng này là đại hóa hiệu suất kích thích.

Đường thu ánh sáng huỳnh quang (hướng ngang): Máy dò ống nhân quang (PMT) được đặt theo hướng góc 90 độ so với chùm tia kích thích. Ưu điểm cốt lõi của bố cục hình học góc phải này là nó tránh tối đa sự kích thích mạnh mẽ của ánh sáng trực tiếp từ nguồn ánh sáng vào máy dò, do đó giảm thiểu nhiễu nền tán xạ.

Hệ thống lọc quang học: Ở phía trước PMT, một hoặc nhiều ống mù hàng ngày hoặc bộ lọc quang học sẽ được trang bị. Tác dụng của nó là chỉ cho phép các bước sóng huỳnh quang đặc trưng của các nguyên tố được đo đi qua và kiên quyết ngăn chặn các tia dị tán khác (đặc biệt là ánh sáng kích thích ánh sáng) và bức xạ nền phát ra từ chính bộ nguyên tử hóa. Đây là chìa khóa để đạt được tỷ lệ tín hiệu nhiễu cao.

Tóm lại, máy quang phổ huỳnh quang nguyên tử thông qua nguồn ánh sáng cường độ cao để kích thích ánh sáng hiệu quả, sau đó sử dụng đường dẫn ánh sáng góc phải và hệ thống lọc để khéo léo tách tín hiệu huỳnh quang nguyên tử yếu khỏi tiếng ồn nền mạnh mẽ. Thiết kế tối ưu hóa hiệp đồng này từ cơ chế sản xuất đến phát hiện đường dẫn ánh sáng, mang lại cho nó độ nhạy và khả năng chống nhiễu vượt xa AAS, đặc biệt là trong việc phát hiện các nguyên tố hydrua dễ hình thành như thủy ngân, asen và selen.