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火焰光度計(jì)是一種基于原子發(fā)射光譜（AES）原理的定量分析儀器，通過檢測樣品中特定元素在火焰中激發(fā)后發(fā)射的特征波長光強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)元素含量的測定。其核心過程可分為霧化、激發(fā)、分光與檢測四個(gè)階段，具體原理如下：
1.霧化與原子化
樣品溶液經(jīng)霧化器噴入高溫火焰（如空氣-乙炔火焰，溫度約2000-3000℃），在火焰中經(jīng)歷蒸發(fā)、干燥、解離和原子化過程。例如，含鉀（K）的溶液在火焰中首先蒸發(fā)為水蒸氣，隨后有機(jī)物分解，最終鉀離子（K?）被還原為基態(tài)鉀原子（K）。火焰的高溫環(huán)境為原子激發(fā)提供了能量，是后續(xù)光譜發(fā)射的基礎(chǔ)。
2.原子激發(fā)與特征光譜發(fā)射
基態(tài)原子吸收火焰的熱量后，外層電子躍遷至高能級（激發(fā)態(tài)）。由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，電子會自發(fā)返回基態(tài)或低能級，同時(shí)以光子的形式釋放能量，形成特定波長的發(fā)射光譜。例如，鉀原子在激發(fā)后發(fā)射的特征波長為766.5nm（紅色）和769.9nm（近紅外），鈉（Na）原子則發(fā)射589.0nm（黃色）和589.6nm的特征光。這些波長與元素種類一一對應(yīng)，構(gòu)成“元素指紋”。
3.分光與特征波長選擇
發(fā)射光通過濾光片或光柵分光系統(tǒng)，分離出目標(biāo)元素的特征波長光，屏蔽其他波長的干擾。例如，檢測鉀時(shí)，光柵會將766.5nm和769.9nm的光聚焦至光電探測器，而濾除鈉的589nm光及其他背景輻射。分光系統(tǒng)的分辨率直接影響檢測特異性，高精度光柵可區(qū)分波長差異僅0.1nm的光譜線。
4.光強(qiáng)檢測與定量分析
特征波長光經(jīng)探測器（如光電倍增管）轉(zhuǎn)換為電信號，其強(qiáng)度與樣品中元素濃度成正比。通過標(biāo)準(zhǔn)曲線法（預(yù)先測定已知濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液的光強(qiáng)，繪制濃度-光強(qiáng)曲線）或內(nèi)標(biāo)法（加入已知濃度內(nèi)標(biāo)元素校正基體效應(yīng)），可實(shí)現(xiàn)樣品中鉀、鈉、鋰等堿金屬及堿土金屬的定量分析。例如，火焰光度計(jì)檢測血清中的鈉離子時(shí)，線性范圍可達(dá)10-200mmol/L，檢測限低至0.1mmol/L。
技術(shù)優(yōu)勢與局限性
火焰光度計(jì)具有操作簡便、成本低、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于臨床生化（如電解質(zhì)檢測）、環(huán)境監(jiān)測（如水質(zhì)鈉鉀分析）和農(nóng)業(yè)（土壤鉀含量測定）等領(lǐng)域。但其局限性在于：僅適用于易激發(fā)的堿金屬/堿土金屬；火焰溫度波動可能影響重現(xiàn)性；對高濃度樣品需稀釋以避免自吸效應(yīng)（光譜線變窄導(dǎo)致光強(qiáng)非線性下降）。現(xiàn)代儀器通過引入脈沖燃燒控制、雙光束校正等技術(shù)，已顯著提升穩(wěn)定性與精度。
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