基于水分析中原子熒光光譜法應用探討

汪慶華 姚 瓊

（湖北省襄陽市水文水資源勘測局 湖北襄陽 441003）

基于水分析中原子熒光光譜法應用探討

汪慶華 姚 瓊

（湖北省襄陽市水文水資源勘測局 湖北襄陽 441003）

20世紀60年代初，由日本和美國的兩家公司提出了原子熒光光譜分析技術（簡稱AFS），開創(chuàng)了氫化物的分析技術，之后此項技術得到了發(fā)展，科研人員根據(jù)原子熒光光譜分析技術研制出了原子熒光儀，本文在闡釋和總結原子熒光譜法概念、原理和特點的基礎上，結合具體實驗分析了原子熒光光譜法在水分析中的應用以及實驗過程中需要注意的問題，實驗結果科學合理有效，證實原子熒光譜法在水分析方面適用、可靠。

水分析；原子熒光光譜法；精確度

1 引言

隨著我國城市工業(yè)化進程的加快，工業(yè)廢水中的重金屬及其化合物對人類的影響越來越大。廢水中的有機化合物有較強的毒性，不僅會對生態(tài)環(huán)境造成嚴重的影響，而且也會通過食物鏈對人體的心血管系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)及皮膚構成極大的威脅，這就對環(huán)境水樣中化合物含量的測定工作要求也越來越高。目前，測定水環(huán)境樣中化合物的方法有很多，主要包括分光光度法、等離子體發(fā)射光譜法和原子熒光光譜法等，其中原子熒光光譜法作為一種新興的檢測方法，具有靈敏度高、精密度好、干擾少、操作簡便等優(yōu)點，在醫(yī)藥、環(huán)保和衛(wèi)生等領域有所應用。本文通過建立一種原子熒光光譜法測定環(huán)境水樣中砷、汞含量的方法，希望對水分析工作有所幫助。

2 原子熒光光譜法及基本原理

2.1 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法是介于原子吸收和原子發(fā)射光譜之間的光譜分析法。它具有譜線簡單、低檢出限以及靈敏度高等優(yōu)點，因此也普遍受到業(yè)界人士的重視。原子熒光光譜法使用連續(xù)光源，對水中元素的分析較為有效，因為原子熒光的信噪比大，其靈敏度非常高，線性范圍比較寬。

2.2 基本原理

利用硼氫化鉀或硼氫化鈉作為還原劑，將樣品溶液中的待分析元素還原為揮發(fā)性氣態(tài)氫化物，然后借助載氣將其導入原子化器，當基態(tài)原子被特征波長的共振射線照射以后，基態(tài)原子外層的電子就會吸收輻射能，進而從低能態(tài)躍遷到高能態(tài)，但多數(shù)由于二次碰撞而重新躍遷回基態(tài)，不會發(fā)生輻射。但少部分被激發(fā)的原子躍遷回低能態(tài)過程中，發(fā)射出原子熒光。通過測試條件的改變，可以測量到原子熒光的強度。我們就可以通過測量元素原子在輻射能激發(fā)下產(chǎn)生的熒光得強度，然后確定待測元素得含量。

2.3 原子熒光的特點

（1）非色散系統(tǒng)、光程短、能量損失比較少；

（2）靈敏度高，檢出限低，與激發(fā)光源強度成正比；

（3）原子化效率高，理論上可達到百分之百；

（4）可以有效降低基體的干擾；

（5）只是用氬氣，運行成本低；

（6）線性范圍寬。通過調整光源強度，從每升幾微克到幾百微克，熒光值與濃度均可為線性關系；

（7）適用于多種元素的同時分析。由于原子熒光光譜分析要求光源、原子化器和檢測器不在同一條直線上，因此可以同時分析多種元素。目前儀器一般為雙通道，可以同時測定兩種不同元素；

（8）受氫化物反應限制和元素特性限制，目前可測量11種元素。

3 利用原子熒光譜法測定水中砷和汞等元素

3.1 主要儀器設備與試劑

（1）主要儀器設備：雙道原子熒光儀AFS-8230、打印機、計算機等；

（2）實驗用水：本次實驗用水都使用的三次水；

（3）實驗試劑：濃度均為國家標準的汞溶液、100mg/L砷、1.00mg/L砷使用溶液和0.01mg/L汞使用溶液，0.1mol/L溴酸鉀，5%鹽酸，和l0g/L的溴化鉀溶液，5g氫氧化鉀、20g硼氫化鉀和1000mL水配制的硼氫化鉀溶液，100mL水與0.5g鹽酸輕胺配制的鹽酸經(jīng)胺溶液以及濃度均為50g/L抗壞血酸與硫脲混合溶液；

（4）實驗載氣：純度高于99.9%的氬氣。

3.2 工作條件

基于光電倍增管負高壓、燈電流、載氣流量、原子化器高度和屏蔽氣流量等對分析靈敏度、精密度影響很大，所以需要對儀器工作條件進行優(yōu)化，最佳工作條件應為：270V負高壓，40mA砷燈電流，80mA硒燈電流，8mm原子化器高度，400mL/min載氣流量，1000mL/min屏蔽氣流量，分析信號讀數(shù)時間10s，延遲時間1.5s。

3.3 主要實驗步驟

3.3.1 標準系列的配制

使用50mL容量瓶吸取汞、砷標準溶液，其中砷汞混合液的樣本體積分別為0mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL和5.0mL，分別加入體積為5.0mL的濃鹽酸和抗壞血酸混合液，然后用水混合定容至50mL。這樣汞的濃度相當于 0μg/L、0.1μg/L、0.2μg/L、0.4μg/L、0.6μg/L、0.8μg/L、1.0μg/L；砷的濃度相當于0μg/L、10μg/L、20μg/L、40μg/L、60μg/L、80μg/L、100μg/L。

3.3.2 樣品的制備

使用25mL比色管取10m l水樣，分別加濃鹽酸2.5mL、溴化鉀-溴酸鉀混合溶液1.0mL，混合均勻，然后在20℃溫度下至少放置10min。如果沒有溴析出來，就需要補加溴化劑，直至有溴析出。當溴析出后，過量的溴需用鹽酸羥胺溶液去除，之后加入硫脲酸混合液2.5mL定容。最后配制體積相同的空白試劑來作對比。

3.3.3 實驗測定

打開雙通道熒光儀后，首先要對儀器實驗的工作參數(shù)設定，其中汞、砷負高壓設置為280V，加熱的溫度設為200℃，載氣流量為400mL/min，原子化器的高度設為8mm，屏蔽氣流量為1000mL/min，讀數(shù)的時間為12s，延遲的時間設為1s，汞電流大小設為40mA，砷電流大小設為60mA，等待30min左右待儀器穩(wěn)定后，使用標準坐標系做工作曲線。利用上述方法分別測定空白樣本及實驗樣本。最后通過做出的工作曲線讀出實驗樣本中被測元素的含量。

3.4 實驗討論及結果

3.4.1 載流劑和還原劑濃度的確定

通過不同的還原劑溶液和載流的濃度，對砷測試溶液進行分析，確定最佳的載流條件和還原劑濃度，砷的測定結果在酸濃度不同的條件下基本上是相同的。但是測得的2%載流溶液的熒光強度值要比5%的高，這說明了熒光值受酸濃度影響較大。一般檢測結果在熒光強度值越低的情況下，受影響越大。在載流濃度為5%時，還原劑的濃度對As測試溶液的測得值影響不大，當改變還原劑溶液的濃度，砷的測定結果基本相同。但還原劑濃度會影響光譜峰的出峰位置。為了防止積分面積受到影響，需要縮短延遲時間。比較理想的濃度為2%的載流濃度，1%的還原劑濃度。

3.4.2 酸濃度對測定結果的影響

砷元素的測定結果會受到載流濃度與待測水樣的酸濃度不一致時的影響，樣品中，將一定的濃鹽酸加入水樣中，使其載流濃度與酸濃度相同，之后進行體積換算得到砷的濃度。發(fā)現(xiàn)水樣中不加酸和加酸的檢測濃度差別比較大，所以在樣品分析時要保證在酸性條件下進行，能夠排除酸度不同的干擾，得到精確的測定結果。

3.4.3 硫脲-血酸對檢測結果的影響

將硫脲-抗壞液加入標準使用液和樣品中，放置30min以上，然后進行測定。發(fā)現(xiàn)給定的中位值與加入硫脲-抗壞血酸后基本相同。這說明待測水樣中有部分五價砷，此時需要加入硫脲-抗壞血酸進行還原反應。

3.4.4 準確度與精密度

本次實驗共測定汞、砷標準物六次，誤差均在允許范圍內，測定的結果如下：

砷：531.25、527.88、531.25、539.13、545.13、538.87（μg/L）；

汞：15.00、14.60、14.98、15.00、15.12、15.13（μg/L）；

Rsd（%）：汞為1.3%；砷為12%。

砷、汞在天然水中含量微小，上述實驗中的相對標準偏差可以滿足水質監(jiān)測的要求。

3.5 注意事項

燈電流和負高壓增大時可提高儀器的靈敏度；但是燈電流和負高壓過高則會影響其壽命，噪聲也隨之增大?？紤]到儀器信噪比與靈敏度能滿足分析要求時，應盡可能采用較低的負高壓。觀測高度太低時，原子化器的散射光將造成較高的背景值，靈敏度下降，所以觀測高度不能太低。

4 結論

本文采用了AFS-8230型雙通道原子熒光光譜儀測定水中的砷、汞，以此來說明原子熒光光譜法在水分析中的應用，對實驗過程中儀器條件，硼氫化鉀濃度以及酸度的影響等方面進行了探討，找到了最佳分析條件。原子熒光光譜法操作簡便，靈敏度高，檢出限低，基體干擾少，是執(zhí)行新的水質檢測標準不可或缺的方法，值得推廣和同行業(yè)借鑒。

[1]葛 菊.原子熒光光譜法同時測定飲用水中砷和汞[J].鞍山師范學報，2015（12）：34～35.

[2]李淑嬈.應用AFS-8230型雙道原子熒光光度計同時測定水中砷、硒[J].黑龍江環(huán)境通報，2015（02）：29～30.

[3]蔡鵬.淺談原則熒光法測定地表水中的砷[J].科學之友（下旬刊），2015（04）：49～50.

O657.31

A

1004-7344（2016）26-0140-02

2016-9-3

汪慶華（1975-），男，主要從事水資源與水環(huán)境監(jiān)測工作。