O espectrómetro de fluorescência atómica (AFS) é um instrumento de análise de elementos em traço de alta sensibilidade. O núcleo do seu desempenho é o mecanismo único de geração de fluorescência atômica gasosa e o design de circuito óptico perfeitamente combinado, que juntos constituem a pedra angular da alta sensibilidade e do baixo limite de detecção do AFS.
Mecanismo de produção de fluorescência atômica gasosa
A produção de fluorescência atômica é um processo fotofísico de "excitação-relaxação", cujo mecanismo pode ser decomposto em três etapas-chave:
Atomização e formação de estado atómico livre gasoso: semelhante à espectroscopia de absorção atómica (AAS), a solução de amostra é submetida a atomizadores de alta temperatura (geralmente chamas de argônio ou atomizadores de geração de calor/vapor). Aqui, os elementos a serem medidos são dissolvidos, formando um grande número de átomos livres gaseosos no estado básico.
Fotoactivação - absorção por ressonância: é a diferença fundamental entre AFS e AAS. Fontes de luz de linha aguda de comprimentos de onda específicos emitidos por lâmpadas catódicas de alta intensidade (HCL) ou lâmpadas de descarga sem pólos (EDL), irradiadas com precisão sobre esses átomos de estado básico. Quando a energia do fóton é exatamente igual à diferença entre o estado de base do átomo e um determinado nível de energia do estado de excitação, o átomo do estado de base absorve seletivamente o fóton e passa para um estado de excitação instável.
Emissão de fluorescência - relaxação de radiação: a vida útil do átomo em estado excitado é extremamente curta (cerca de 10-8 segundos), relaxa espontaneamente de volta a níveis mais baixos de energia (geralmente o estado básico) e libera energia na forma de fótons. A luz emitida por este processo é a fluorescência atômica. Suas principais características são que o comprimento de onda de emissão pode ser o mesmo que o de excitação (fluorescência por ressonância) ou diferente (fluorescência não por ressonância), mas ambos carregam informações características do elemento a ser medido.
II. Desenho de vias ópticas
Para implementar o mecanismo acima de forma eficiente e maximizar a captação de sinal, o circuito óptico do AFS usa dois projetos "disperso" e "não disperso" muito diferentes do AAS, onde o tipo não disperso é mais comum devido à sua alta eficiência de foco de luz.
Seu conceito principal de design é "a fonte de luz e o detector são dispostos em ângulo reto":
Caminho de excitação (vertical): um feixe de excitação emitido por uma fonte de luz de alta intensidade que atravessa diretamente o centro do atomizador e interage com o vapor atômico. O objetivo desta via de luz é maximizar a eficiência de estimulação.
Caminho de captação de luz fluorescente (direção horizontal): o detector de tubo fotoelétrico multiplicador (PMT) é colocado na direção de um ângulo de 90 graus com o feixe de excitação. A principal vantagem deste layout geométrico de ângulo reto é que evita que a luz direta intensamente estimulada da fonte de luz entre no detector, reduzindo assim a interferência de fundo dispersa.
Sistema de filtragem óptica: na frente do PMT, um ou mais tubos cegos diários ou filtros ópticos são equipados. Seu efeito é permitir que apenas o comprimento de onda fluorescente característico do elemento a ser medido passe e bloqueia firmemente outras dispersões de luz (especialmente a luz dispersa que estimula a luz) e a radiação de fundo emitida pelo próprio atomizador. Essa é a chave para alcançar um alto nível de sinal e ruído.
Em resumo, o espectrómetro de fluorescência atômica produz uma estimulação fotogênica eficaz através de uma fonte de luz de alta intensidade, reutilizando o caminho óptico de ângulo reto e o sistema de filtragem para separar de forma inteligente os sinais de fluorescência atômica fraca e o ruído de fundo poderoso. Este projeto otimizado de colaboração, desde o mecanismo de geração até a detecção de vias ópticas, oferece uma sensibilidade e resistência à interferência muito superiores ao AAS, especialmente na detecção de elementos hidrogêridos fáceis de formar, como mercúrio, arsénico e selênio.