淺談原子熒光技術在水環(huán)境檢測中的應用

孫 穎

（大連路明光電工程有限公司，遼寧 大連 116025）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于用水安全提出了較高的要求。在水質(zhì)檢測過程中，傳統(tǒng)的檢測方式在砷、硒、錫、汞、鉍等微量元素測定方面存在較大缺陷，不僅檢查效率較低，而且容易造成人力、物力資源的大量浪費。在這種背景下，原子熒光技術應運而生。從技術原理來看，原子熒光技術將原子發(fā)射光譜和原子吸收光譜分析技術有效綜合，其能在基態(tài)原子吸收合適的特定頻率輻射的基礎上，發(fā)射出特定波長的熒光，這些高能態(tài)的波形熒光能夠?qū)崿F(xiàn)水中微量元素的有效檢查?，F(xiàn)階段，原子熒光技術在地質(zhì)環(huán)保、衛(wèi)生防疫等領域獲得了廣泛應用，規(guī)范使用原子熒光技術已經(jīng)成為水環(huán)境質(zhì)量檢測的關鍵。

1 原子熒光技術的基本原理

原子熒光技術是光譜分析技術應用的基本形態(tài)，同時也是水環(huán)境微量元素檢查的主要手段。從本質(zhì)上講，原子熒光技術是原子發(fā)射光譜和原子吸收光譜分析技術的進一步延伸，在原子熒光技術支撐下，氣態(tài)的自由原子會吸收光源的特征輻射，并使得原子外層電子發(fā)生躍遷變化。通常，先躍遷到較高能級再返回原有基態(tài)是原子外層電子躍遷變化的主要特征[1]。現(xiàn)階段，國外進行了原子熒光技術的進一步研究，并在原子熒光技術的基礎上，進行了氫化物發(fā)生與原子熒光光譜分析技術的結(jié)合，這使得原子熒光技術的應用范圍更廣，原子熒光技術在化學、物理、環(huán)境科學等領域獲得了廣泛應用。

從應用過程來看，氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法在當前環(huán)境科學領域的應用較為廣泛，尤其在水環(huán)境檢測中，其能有效地實現(xiàn)砷、硒、錫、汞、鉍等微量元素的檢測。具體而言，該檢測方式以硼氫化鉀或鈉作為還原劑，然后將還原劑投入到酸化過的樣品溶液，此時，溶液中需要分析的微量元素會發(fā)生還原反應，并轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性共價氣態(tài)氫化物。當這些共價氣態(tài)氫化物導入到原子化器中時，利用氬氫火焰即可使其進一步轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶓B(tài)原子?；鶓B(tài)原子吸收光源能量后會發(fā)生躍遷變化，并且熒光光源的強度和測元素的濃度呈正相關。測量實踐中，人們只需要觀測熒光光源的強度值，即可實現(xiàn)水環(huán)境中微量元素的有效檢測。

第一次鴉片戰(zhàn)爭后，西方侵略者雖然通過《中英江寧條約》《中美望廈條約》等打開了中國的大門，但是，對華貿(mào)易并沒有出現(xiàn)他們所設想的持續(xù)性的增長。因此，西方侵略者不滿足已經(jīng)取得的特權，企圖向清政府索要更多的特權，從而進一步打開中國市場。1854年和1856年，英國分別聯(lián)合美國、法國向清政府提出“修約”，要求開放中國內(nèi)地，公使常駐北京，鴉片貿(mào)易合法化，皆被拒。1856年10月，英國借口“亞羅號事件”，挑起了第二次鴉片戰(zhàn)爭。清政府戰(zhàn)敗后，又被迫簽訂一系列不平等條約，關稅制度不得不按西方列強的要求作進一步的修改。

2 原子熒光技術的類型及使用特征

現(xiàn)階段，原子熒光技術在物化生產(chǎn)和環(huán)境科學中的應用愈發(fā)普遍。就使用類型來看，共振熒光、非共振熒光與敏化熒光是原子熒光技術常見的三種應用形態(tài)[2]。

現(xiàn)階段，原子熒光技術在水環(huán)境檢測項目中的應用愈發(fā)廣泛。某社區(qū)供水工程建設中，工作人員利用熒光技術進行了砷標準溶液和硒標準溶液的規(guī)范檢測，檢測過程如下。

非共振熒光包含直躍線熒光、階躍線熒光、anti-Stokes 熒光三種形式，這些原子熒光技術的激發(fā)光與熒光具有不同的波長。例如，就直躍線熒光而言，其激發(fā)線能級間隔明顯高于熒光的能級間隔；在階躍線熒光使用中，熒光波長大于激發(fā)線波長；anti-Stokes熒光的能量供給具有多源性，其包含了光源和熱能兩種能量供應方式。

就共振熒光而言，其原子外層電子激發(fā)線與熒光線具有相同的能量等級，即原子吸收的光和發(fā)射熒光的波長一致。需要注意的是，在共振熒光使用過程中，一旦原子受熱激發(fā)處于亞穩(wěn)態(tài)，則需要吸收輻射進行再次激發(fā)，從而達到共振熒光的效果。

某社區(qū)供水工程建設中，為保證社區(qū)居民用水安全，故對接入水系統(tǒng)的水源質(zhì)量進行原子熒光技術檢測。本檢測試驗采用AFS-3100 型號雙道原子熒光光度計設備；熒光燈光源采用砷和硒高性能空心陰極燈。此外，砷標準溶液和硒標準溶液選擇經(jīng)過國家標準物質(zhì)中心處理的生活飲用水，同時硼氫化鈉溶液的濃度為20 g/L，鹽酸溶液為濃度12%的優(yōu)級純。

3 原子熒光技術在水環(huán)境檢測中的應用要點

利用原子熒光技術進行水環(huán)境質(zhì)量檢測時，試驗步驟的規(guī)范程度會直接影響原子熒光技術的應用水平和微量元素檢測精度。因此，在原子熒光技術水環(huán)境質(zhì)量檢測中，試驗人員應注重以下步驟的嚴格規(guī)范。其一，進行試驗試劑和標準溶液的規(guī)范選擇，通常，人們需要準備氫氧化鈉溶液、水、鹽酸以及硼氫化鉀溶液等原子熒光技術試劑或溶液。其二，準備原子熒光光度計和玻璃器皿等試驗器材，并對原子熒光光度計進行校正處理，確保設備使用的規(guī)范性。其三，試液配制是原子熒光技術檢測應用的關鍵。譬如，就砷標準溶液而言，其應在標準液的基礎上，分不同容量加入混合溶液，然后利用鹽酸溶液對混合液進行滴定處理，鹽酸溶液的濃度需保持在12%左右。當溶液攪拌均勻后，需靜置15 min以上，然后進行原子熒光光譜測定。其四，利用295 V 高壓光電倍增管進行原子熒光測定，相關儀器的使用需滿足以下指標，如表1所示。

本供水工程水質(zhì)檢測實踐中，為確保原子熒光技術水環(huán)境質(zhì)量檢測的高效性，工作人員對試驗材料設備準備和試驗過程進行嚴格規(guī)范。

3.1 原子熒光技術的應用方法

水環(huán)境質(zhì)量檢測過程中，原子熒光光譜法是原子熒光技術應用的關鍵所在。就檢測應用過程而言，原子熒光光譜法綜合了發(fā)射光譜法和收光譜法，然后利用激發(fā)光源照射被檢測物質(zhì)，使得檢測試液的原子保持在活躍激發(fā)狀態(tài)并發(fā)出原子熒光。試驗期間，若水中含有易揮發(fā)的微量元素，則這些微量元素會與還原劑發(fā)生作用，并產(chǎn)生共價氫化物。檢測實踐中，人們只要在相應儀器的支撐下，將共價氫化物原子化，即可實現(xiàn)原子熒光技術的檢測操作，并準確地把控水試樣中的微量元素含量，提升水環(huán)境檢測質(zhì)量。

3.2 原子熒光技術的應用步驟

作為一種高效化、專業(yè)化的水環(huán)境質(zhì)量檢測手段，原子熒光技術的應用需注重材料設備、試驗步驟的嚴格把控。

表1 原子熒光技術檢測設備應用標準

3.3 原子熒光技術檢測結(jié)果精度分析與評價

精密度偏性試驗是原子熒光技術檢測水環(huán)境質(zhì)量的必要環(huán)節(jié)。在該試驗下，人們可以獲得熒光技術檢測的空白批內(nèi)標準差數(shù)值，然后將該數(shù)值與原子熒光技術檢測限度值進行對比，即可實現(xiàn)水環(huán)境檢測精度的準確把控。通常，原子熒光技術檢測限度值為0.177 μg/L，同時對比觀察時間需保持在5 s 左右。最后，當原子熒光技術檢測結(jié)束后，應對所有的樣品進行比較，然后計算樣品中微量元素的回收率，并結(jié)合回收率的具體數(shù)字，評價水環(huán)境質(zhì)量。

4 原子熒光技術在水環(huán)境檢測項目中的具體應用

理性從啟示、哲學從信仰中剝離出來并獲得獨立的形態(tài)，并不意味著宗教的消除，正如卡西爾所言：“啟蒙運動最強有力的精神力量不在于它摒棄信仰，而在于它宣告的新信仰形式，在于它包含的新宗教形式。”［16］125－126在啟示與理性、信仰與哲學的博弈中，“宗教信念應該像任何別的命題一樣接受檢驗——由理性證據(jù)來檢驗”［17］26。啟蒙揚棄了宗教的外在形式，形成了新的宗教形態(tài)——知性宗教。

Spatial network structure of Huaihai Economic Zone based on traffic

4.1 項目概況

在使用敏化熒光的過程中，受光源激發(fā)的原子會和另一種原子發(fā)生碰撞，并實現(xiàn)激發(fā)能量的轉(zhuǎn)移。此時，后者原子發(fā)射的熒光即為敏化熒光。需注意的是，敏化熒光僅能在非火焰原子化器中進行觀測。

4.2 原子熒光技術試驗過程

研究組中，AOFAS評分為優(yōu)12例，良7例，中2例，差0例，優(yōu)良率為90.5%，其中，有2例出現(xiàn)拇趾輕度屈曲畸形。對照組中，AOFAS評分為優(yōu)9例，良16例，中5例，差0例，優(yōu)良率為83.3%。研究組患者的優(yōu)良率高于對照組，但差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表2。

就試驗材料設備準備而言，砷和硒高性能空心陰極燈的電流選擇是其控制的首要內(nèi)容?？招年帢O燈調(diào)試過程中，試驗人員發(fā)現(xiàn)，當砷的空心陰極燈電流在20～50 mA 時，電子熒光燈強度越大，陰極燈電流也就越大，最終確定砷的空心陰極燈的最佳電流為60 mA；而在硒空心陰極燈調(diào)試過程中，陰極燈電流與電子熒光燈強度呈現(xiàn)出反比例相關關系，故而設定其最佳電流為20 mA。其次，在原子化器高度確定過程中，要確保砷熒光強度和硒熒光強度能在相應平臺上顯示，原子化器的高度需分別保持在7～10 mm和5～12 mm。試驗期間，試驗人員將原子化器高度控制在8 mm，為后期熒光強度檢測奠定了基礎。在其流量控制中，砷和硒的熒光強度與載氣流量呈反比，為避免砷和硒的熒光強度過小，本項目中，其流量保持在400 mL/min。此外，硼氫化鈉溶液的濃度在10～25 g/L 時，砷的熒光強度比較穩(wěn)定。然而，隨著硼氫化鈉溶液濃度的增加，砷的熒光強度會逐漸降低，因此本試驗硼氫化鈉溶液的濃度保持在20 g/L。

合作學習應該是全體小組成員的合作學習，每一個小組成員都是學習的主體。教師要重點觀察個別學生消極學習的現(xiàn)象，這些學生往往依賴于其他小組成員，缺乏參與的主動性，教師要通過觀察，及時加以引導，激發(fā)消極學生興趣，使全體小組成員主動參與合作學習。

試驗期間分別對砷標準溶液和硒標準溶液樣品進行分組處理，其規(guī)格依次為1.0 ng/mL、2.0 ng/mL、4.0 ng/mL、8.0 ng/mL、10.0 ng/mL、20.0 ng/mL。當所有樣品分組完成后，對其進行夜冷消化處理；然后利用酒精燈進行加熱；標準液中水分徹底蒸發(fā)后，滴入硼氫化鈉溶液繼續(xù)加熱，硼氫化鈉溶液滴量為1 mL。需要注意的是，為確保試液制備的標準，本次試驗先用去離子水代替試樣，然后在雙道原子熒光光度計、砷、硒高性能空心陰極燈的支持下，對含砷10 ng/mL 和含硒20 ng/mL 試液中的微量元素進行檢測。

4.3 試驗結(jié)果檢驗

本供水工程水環(huán)境質(zhì)量檢測中，原子熒光技術檢測結(jié)果如表2所示。

表2 原子熒光技術下砷、硒線性范圍試驗結(jié)果

由表2 可知，當試樣濃度保持在1～10 ng/mL 時，砷的標準曲線線性關系良好，其相關系數(shù)為0.999 7，并且計算可知砷if值回歸方程為if=22.006C-2.990；而在硒（if值）檢測過程中，其標準曲線線性關系良好的試液濃度范圍為2.0～20.0 ng/mL；相關系數(shù)和回歸方程分別為0.994 和if=30.941C-9.121。最后，在觀測原子熒光光度計、雙道原子熒光光度計設備讀數(shù)的基礎上，項目工作人員將準空白溶液的熒光信號納入考慮范圍，確定砷、硒的檢出限。其中，砷的檢出限為0.01 ng/mL，硒的檢出限為0.02 ng/mL。

三是實行稅收優(yōu)惠政策。商城縣政府應根據(jù)實際情況，適當給予旅游企業(yè)相應的稅收優(yōu)惠政策，抓住旅游業(yè)發(fā)展契機，培植新的稅收增長點，為旅游業(yè)營造公平、有序的良性生存環(huán)境，進而促進旅游業(yè)健康發(fā)展。

利用空白溶液對原子熒光技術測定結(jié)果進行檢驗時，設定連續(xù)檢測天數(shù)為11 d，每天測定一次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，砷的相對標準偏差為在1.4%～4.1%，而硒的相對標準偏差在2.5%～7.6%；測量誤差尚處于原子熒光技術水環(huán)境質(zhì)量測定允許誤差范圍，即檢測結(jié)果具有有效性。

5 結(jié)論

原子熒光技術對于水環(huán)境精度把控具有較大影響。在水環(huán)境質(zhì)量檢測實踐中，人們只有充分理解原子熒光技術的應用原理，并在其試驗特征和技術規(guī)范把控的基礎上，進行試驗全過程的規(guī)范把控，才能有效提升原子熒光技術水環(huán)境質(zhì)量檢測精度，進而保證居民的用水安全。