便攜式與常規(guī)原子熒光光譜儀測定砷、硒、汞元素的對比研究

邱燁郝欣劉鑫劉金榮2陳璐2李賽男2田融冰2高峰

(1.北京海關(guān)技術(shù)中心，北京 100026；2.北京北分瑞利分析儀器(集團)有限責任公司，北京 100095)

1 前言

環(huán)境問題一直以來是世界各國普遍關(guān)注的焦點，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境污染，尤其是重金屬污染問題也越來越嚴重，分析儀器的檢測能力也面臨著嚴峻考驗[1]。常規(guī)對環(huán)境樣品的檢測方式通常是現(xiàn)場取樣，然后送到實驗室進行分析檢測，在送樣過程中不可避免的會發(fā)生樣品的污染或損失，從而影響檢測的準確性，而且在發(fā)生突發(fā)的污染情況或緊急事件時，實驗室測定已經(jīng)遠不能滿足人們對于檢測及時性的需求[2]。分析儀器也在不斷地向小型化，便攜式原位分析的方向發(fā)展[3-5]。

原子熒光光譜分析是光譜分析中的重要組成部分[6]，在重金屬檢測分析中占有重要的地位。隨著對檢測及時性需求的不斷提高，原子熒光也在朝著小型化和現(xiàn)場快速測定的方向發(fā)展。本實驗通過對比便攜式儀器與常規(guī)熒光儀器在實驗室條件下砷，硒，汞元素的檢測結(jié)果，考察了便攜式原子熒光光譜儀的測試能力，此外，通過對環(huán)境水樣中砷元素的現(xiàn)場測試，考察了便攜式儀器的現(xiàn)場測試能力，測試結(jié)果良好。

2 儀器簡介

便攜式原子熒光光譜儀是在傳統(tǒng)原子熒光儀器的基礎上，對各個模塊進行了技術(shù)的改進和集成，儀器體積小，重量輕，可攜帶到現(xiàn)場進行重金屬污染的快速檢測。便攜式儀器與常規(guī)熒光儀器相比，具有以下特點：

(1)在供電系統(tǒng)的設計上，采用高容量鋰離子電池。整機累計工作時間不小于8小時，能夠滿足現(xiàn)場測試的需求。

(2)在進樣系統(tǒng)模塊的設計上，進行高度集成化和模塊化系統(tǒng)設計，實現(xiàn)總功率小于2W，此外，增加了對進樣系統(tǒng)的溫度控制，保證了在較低環(huán)境溫度下的檢測能力。

(3)在原子化系統(tǒng)的研發(fā)上，研制了平均功耗小于5W的新型原子化器，滿足野外現(xiàn)場檢測對頻繁運輸造成的顛簸和振動的特殊要求。

(4)光源的選擇，在采用傳統(tǒng)的高性能空心陰極燈的基礎上，燈電源使用高性能高壓直流電源模塊控制。

(5)在光源對光系統(tǒng)的設計上，設計了全新的封閉式對光技術(shù)，通過軟件直接觀察光斑位置，方便用戶對光斑的調(diào)節(jié)。

(6)在檢測系統(tǒng)的開發(fā)上，采用小型日盲光電倍增管，集成式高壓模塊和高靈敏前置放大系統(tǒng)，進一步減小了對空間的占用。

(7)在尾氣排放上，設計內(nèi)置式尾氣排放及凈化系統(tǒng)，減少廢氣排放。

(8)在通訊接口的開發(fā)上，采用基于低功耗藍牙的無線通訊技術(shù)。

(9)針對行業(yè)應用的特點，內(nèi)嵌GPS定位模塊，實時提供當前檢測地點的位置信息。

(10)在分析檢測的過程中，提供固體壓片的酸和硼氫化鉀，解決了液體酸不易攜帶的問題。

3 實驗部分

3.1 儀器與設備

PAF-1100型便攜式原子熒光光譜儀，AF-2200型原子熒光光譜儀，北京北分瑞利分析儀器(集團)有限責任公司；AFS-920型原子熒光光度計，AFS-9130型原子熒光光度計，北京吉天儀器有限公司；AFS-8500原子熒光光度計，北京海光儀器有限公司。

高純氬氣，北京氦普北分氣體工業(yè)有限公司；

高性能空心陰極燈，北京有色金屬研究總院。

3.2 標準溶液與試劑

單元素砷、硒、汞標準溶液，中國計量科學研究院；環(huán)境標準樣品水質(zhì)砷，環(huán)境保護部標準樣品研究所；模擬天然水基體單元素硒、汞溶液標準物質(zhì)，國家地質(zhì)實驗測試中心；大米粉成分分析標準物質(zhì)，國家糧食局科學研究院；生物成分分析標準物質(zhì)，地球物理地球化學勘察研究所；鹽酸，分析純，硝酸，分析純，北京化工廠；硼氫化鉀，分析純，東方化工廠。

以上標準溶液和標準物質(zhì)在實驗過程中根據(jù)相關(guān)國標方法處理后稀釋使用，實驗用水均為超純水。

3.3 實驗內(nèi)容

3.3.1室內(nèi)對比實驗

分別優(yōu)化便攜式儀器和常規(guī)熒光儀器在測定砷、硒、汞元素時的測量條件，采用標準溶液建立待測元素的標準曲線。根據(jù)相關(guān)的國標方法對環(huán)境水基體樣品中砷、硒、汞進行處理，采用微波消解處理食品樣品(大米粉、綠茶粉)，經(jīng)過處理后的樣品溶液分別在常規(guī)熒光儀器和便攜式儀器上進行測試，對比3個實驗室采用不同儀器的測試結(jié)果。

3.3.2現(xiàn)場測定及對比實驗

便攜式儀器體積小，能夠滿足現(xiàn)場檢測的需求。在室外條件下，用超純水溶解酸及硼氫化鉀壓片，制備一定濃度的載流和硼氫化鉀溶液。優(yōu)化便攜式儀器對砷元素的測試條件，采用標準溶液建立標準曲線?，F(xiàn)場采取水樣，同時制備3個平行樣，經(jīng)過濾及酸化處理，定容后上機測試，每個樣品測測定3次，取其平均值。同時對環(huán)境標準樣品砷進行測試，測定3次，取平均值。處理好的水樣一部分即刻使用便攜儀器測定，一部分盡快攜帶回實驗室進行測定，并將測試結(jié)果進行對比。

4 結(jié)果與討論

4.1 室內(nèi)測試標準樣品結(jié)果對比

將環(huán)境水標準樣品、大米粉樣品、綠茶樣品經(jīng)過處理后上機檢測，實驗室A采用AFS-920型原子熒光光譜儀進行測試，測試結(jié)果如表1所示。

表1 實驗室A對水樣標準物質(zhì)及食品樣品的測定結(jié)果

續(xù)表1

注：水質(zhì)樣品采用單位為μg·L-1，食品樣品采用單位為mg·kg-1

實驗室B采用AFS-9130型原子熒光光譜儀進行測定，結(jié)果如表2所示。

表2 實驗室B對水樣標準物質(zhì)及食品樣品的測定結(jié)果

注：水質(zhì)樣品采用單位為μg·L-1，食品樣品采用單位為mg·kg-1

實驗室C采用AFS-8500原子熒光光度計進行測定，結(jié)果如表3所示。

表3 實驗室C對水樣標準物質(zhì)及食品樣品的測定結(jié)果

注：水質(zhì)樣品采用單位為μg·L-1，食品樣品采用單位為mg·kg-1

從3家實驗室的檢測數(shù)據(jù)可以看出，在測定水質(zhì)標準樣品時，便攜式儀器有常規(guī)熒光儀器具有相當?shù)臋z測能力，測定值同標準值吻合，表明便攜式儀器能夠用于環(huán)境水樣中砷、硒、汞元素的測定，操作簡單，準確度可靠，能夠滿足分析要求。食品樣品測試對比結(jié)果顯示，測試結(jié)果普遍偏低，表明對于基體復雜的食品樣品，經(jīng)過微波消解等前處理過程，可能造成了待測元素的損失，從儀器的檢測能力來看，便攜式儀器與常規(guī)熒光儀器在測試復雜樣品時，能夠達到相當?shù)臋z測檢測效果。

4.2 現(xiàn)場測定實驗結(jié)果對比

本實驗選擇了清河作為現(xiàn)場測定的地點。在實驗地點調(diào)整和優(yōu)化測量參數(shù)，測定水樣中砷元素的含量，并以環(huán)境水標準物質(zhì)作為參考，以驗證測試結(jié)果的準確性。選用AF-2200型原子熒光光譜儀進行實驗室測定，測試結(jié)果對比如表4所示。

表4 便攜式儀器現(xiàn)場測定與常規(guī)熒光室內(nèi)測定結(jié)果對比

注：本實驗選取的標準水樣中砷濃度參考值為34.8±2.9μg·L-1

從表4中可以看出，便攜式儀器并未檢測到環(huán)境水樣中的砷元素，這主要是由于水樣中待測元素濃度低于儀器的檢出限所致。對比便攜式儀器在室外現(xiàn)場對標準水樣中待測元素的測試，測定結(jié)果可靠，表明便攜式儀器能夠滿足戶外對該元素的測試要求。

5 結(jié)論

通過便攜式原子熒光光譜儀對標準水樣及食品樣品中砷、硒、汞元素的測定，并與常規(guī)原子熒光光譜儀測量對比，在實驗室條件下，便攜式儀器能夠達到與常規(guī)熒光儀器相當?shù)臋z測能力，能夠?qū)Υ郎y元素給出可靠的測試結(jié)果。此外，儀器在能耗、配套氣源、分析性能等方面具備現(xiàn)場快速測定的能力，通過便攜式儀器現(xiàn)場對水樣的測定，表明其在戶外對水環(huán)境樣品的測試結(jié)果可靠，能夠滿足現(xiàn)場測試需要。因此，便攜式原子熒光光譜儀在現(xiàn)場快速測量，尤其是環(huán)保及水質(zhì)監(jiān)測等領域具有較好的發(fā)展和應用前景。