Le spectromètre à fluorescence atomique (AFS) est un analyseur d'éléments traces de haute sensibilité. Le cœur de ses performances réside dans le mécanisme unique de génération de fluorescence atomique gazeuse et la conception du chemin optique qui lui correspond avec précision, qui forment ensemble la pierre angulaire de la haute sensibilité et de la faible limite de détection de l'AFS.
I. mécanisme de génération de fluorescence atomique gazeuse
La production de fluorescence atomique est un processus photophysique « Excitation - Relaxation » dont les mécanismes peuvent être décomposés en trois étapes clés:
L'atomisation est liée à la formation de l'état fondamental des atomes libres à l'état gazeux: semblable à la spectroscopie d'absorption atomique (SAA), la solution d'échantillon est envoyée après atomisation dans un atomiseur à haute température (généralement une flamme argon - hydrogène ou un atomiseur électrothermique / générateur de vapeur). Ici, les éléments à mesurer sont dissociés pour former un grand nombre d'atomes libres gazeux à l'état fondamental.
Photoexcitation – absorption par résonance: c’est ce qui distingue fondamentalement l’afs de l’aas. Une source lumineuse à raie vive de longueur d'onde spécifique émise par une lampe à cathode creuse de haute intensité (HCl) ou une lampe à décharge sans Pôle (EDL) éclaire avec précision ces atomes à l'état fondamental. Lorsque l'énergie d'un photon est exactement égale à la différence entre l'état fondamental d'un atome et le niveau d'énergie d'un certain état excité, les atomes de l'état fondamental absorbent sélectivement ce photon, passant à un état excité instable.
Emission de fluorescence – Relaxation radiative: un atome dans un état excité a une durée de vie extrêmement courte (environ 10⁻⁸ secondes) et se détend spontanément vers un niveau d’énergie inférieur (généralement l’état fondamental) et libère de l’énergie sous forme de photons. La lumière émise par ce processus est la fluorescence atomique. Ses principales caractéristiques sont les suivantes: la longueur d'onde d'émission peut être identique à la longueur d'onde d'excitation (fluorescence résonante) ou différente (fluorescence non résonante), mais toutes portent des informations caractéristiques de l'élément à mesurer.
II. Conception de chemin optique
Pour mettre en œuvre efficacement les mécanismes ci - dessus et amplifier l'acquisition du signal, le chemin optique de l'AFS utilise deux conceptions « dispersives» et « non dispersives» qui sont très différentes de l'AAS, où le type non dispersif est plus commun en raison de son efficacité de collecte de lumière élevée.
Son idée de conception de base est "la source lumineuse est disposée à angle droit avec le détecteur":
Chemin optique d'excitation (Direction verticale): faisceau lumineux d'excitation émis par une source lumineuse de haute intensité, traversant directement le Centre de l'atomiseur et interagissant avec la vapeur atomique. L'objectif de ce chemin optique est d'augmenter l'efficacité d'excitation.
Chemin optique d'acquisition de fluorescence (direction horizontale): Le détecteur à photomultiplicateur (PMT) est placé dans une direction faisant un angle de 90 degrés avec le faisceau d'excitation. L'avantage central de cette disposition géométrique à angle droit est qu'elle maximise l'évitement de la lumière directe fortement excitée de la source lumineuse entrant dans le détecteur, réduisant ainsi les interférences de fond diffusées à un niveau bas.
Système de filtrage optique: devant le PMT, un ou plusieurs tubes diurnes aveugles ou filtres optiques seront équipés. Son rôle est de ne laisser passer que les longueurs d'onde de fluorescence caractéristiques de l'élément à mesurer et de bloquer fermement les autres lumières parasites (en particulier la lumière diffusée de la lumière d'excitation) et le rayonnement de fond émis par l'atomiseur lui - même. C'est la clé pour atteindre un rapport signal sur bruit élevé.
En résumé, le spectromètre de fluorescence atomique effectue une photoexcitation efficace par une source lumineuse de haute intensité, réutilisant le chemin optique à angle droit avec le système de filtrage pour séparer habilement le signal de fluorescence atomique faible du bruit de fond puissant. Cette conception co - optimisée, du mécanisme de génération à la détection du chemin optique, lui confère une sensibilité et une résistance aux interférences bien supérieures à celles de l'AAS, avec des avantages démontrés notamment dans la détection d'éléments hydrures facilement formés tels que le mercure, l'arsenic, le sélénium, etc.