原子熒光光譜法測定地質(zhì)礦物中汞含量研究

王 婷

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長春 130000）

礦產(chǎn)資源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但在地質(zhì)礦物富集成礦的過程中會(huì)伴生大量重金屬元素，其中汞元素是常見的伴生元素，不僅影響礦物成品質(zhì)量，而且污染環(huán)境，通過食物鏈對動(dòng)植物和人體造成毒副作用和潛在的致癌風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅人體健康，因此地質(zhì)礦物重金屬元素的污染問題應(yīng)被高度重視。地質(zhì)礦物的汞含量是確定大氣汞排放的關(guān)鍵參數(shù)，需要對汞元素含量進(jìn)行準(zhǔn)確測量和監(jiān)控[1]。原子熒光光譜法利用元素吸收特定波長能量后，被激發(fā)的共振熒光強(qiáng)度與元素濃度呈正比，可被應(yīng)用于物化元素定量測量和分析中。因此本文使用原子熒光光譜法對地質(zhì)礦物中汞含量進(jìn)行測定，提高檢出效果和準(zhǔn)確性，為重金屬元素檢測提供技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及工作條件

本文選擇的主要儀器為AFS-8220型原子熒光光譜儀，其工作條件見表1。

表1 原子熒光光譜儀工作條件

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液制備和樣品處理

HCl溶液：取100mL市售濃鹽酸，使用去離子水稀釋至200mL。HNO3溶液：取100mL市售濃硝酸，使用去離子水稀釋至200mL。H2O2溶液：25g/L。固定液：稱取0.5gK2Cr2O7溶于5%的硝酸溶液中，稀釋至1L。Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.1g/L，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心提供，準(zhǔn)確選取5mL共標(biāo)準(zhǔn)溶液于500mL容量瓶中，用固定液定容。原始地質(zhì)礦物樣品經(jīng)干燥研磨后，過0.1mm孔篩，110℃烘箱烘干1h，置于干燥器中冷卻至室溫。加少量去離子水加熱溶解，再加入鹽酸加熱溶解，將樣品溶液轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，稀釋至刻度，放置于60℃恒溫水浴中保溫待測。

2 設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件

2.1 確定原子熒光光譜儀儀器條件

保持儀器其他工作條件不變，僅改變負(fù)高壓，測定Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光強(qiáng)度，結(jié)果見表2。熒光強(qiáng)度隨負(fù)高壓增大而增大，但噪聲也明顯加強(qiáng)，過低和過高的負(fù)高壓都會(huì)影響熒光強(qiáng)度的穩(wěn)定性，在滿足檢測要求的基礎(chǔ)上，低負(fù)高壓有利于延長儀器使用壽命，因此選擇負(fù)高壓為280V。

表2 熒光強(qiáng)度與負(fù)高壓關(guān)系

保持儀器其他工作條件不變，僅改變燈電流大小，測定Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光強(qiáng)度，結(jié)果見表3。Hg熒光強(qiáng)度隨燈電流增大而增大，但噪聲相應(yīng)增大，綜合考慮實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性和信噪比，選擇燈電流為70mA。

表3 熒光強(qiáng)度與燈電流關(guān)系

保持儀器其他工作條件不變，僅改變載氣流量，測定Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光強(qiáng)度，結(jié)果見表4。Hg熒光強(qiáng)度隨載氣流量增大而減小，由于載氣流量會(huì)沖淡反應(yīng)Hg蒸氣，使進(jìn)入原子化器的元素濃度下降，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度降低，因此選擇載氣流量為0.35L/min[2]。

表4 熒光強(qiáng)度與載氣流量關(guān)系

保持儀器其他工作條件不變，僅改變屏蔽氣流量，測定Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光強(qiáng)度，結(jié)果見表5。隨屏蔽器氣流量變化，Hg熒光強(qiáng)度總體上呈下降趨勢，但變化幅度不大，說明屏蔽氣流量的影響較小，故將其設(shè)定為1L/min。

表5 熒光強(qiáng)度與屏蔽氣流量關(guān)系

經(jīng)過上述實(shí)驗(yàn)檢測，確定最佳的工作條件為負(fù)高壓280V、燈電流70mA、載氣流量0.35L/min和屏蔽氣流量1L/min。

2.2 確定樣品處理?xiàng)l件

分布在不同濃度的HCl、HNO3和H2SO4介質(zhì)中，測定Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光強(qiáng)度，結(jié)果見圖1。圖1可直觀表現(xiàn)出各酸性溶液的介質(zhì)效果，其中HCl的介質(zhì)效果最佳，在2%～5%的范圍內(nèi)熒光強(qiáng)度基本保持不變[3]。酸性介質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氫化物，使檢測熒光強(qiáng)度值增大，因此選擇酸度5%的HCl溶液作為實(shí)驗(yàn)測試介質(zhì)。

圖1 反應(yīng)介質(zhì)濃度對Hg熒光強(qiáng)度的影響

為消除共存離子的干擾，需要考慮地質(zhì)礦物中可能生成氫化物的元素，因此將共存元素加入Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液中，測定對熒光強(qiáng)度的影響，測試結(jié)果見表6。

表6 共存離子對Hg熒光強(qiáng)度的影響

由表1可知，Cu、Fe和Bi元素對Hg測定產(chǎn)生影響，而其他元素?zé)o明顯影響。此時(shí)在待測溶液中加入硫脲和檸檬酸，屏蔽干擾效果明顯，可消除共存離子對測定的干擾，提高檢測精確度。

3 檢測結(jié)果與分析

3.1 線性回歸方程

按照本文實(shí)驗(yàn)方法，以Hg質(zhì)量濃度C和熒光強(qiáng)度IF為橫縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到線性回歸方程為：

方程的相關(guān)系數(shù)為0.9999，具有良好的線性相關(guān)性，符合光譜分析的定量要求。

3.2 計(jì)算實(shí)驗(yàn)檢出限

按照實(shí)驗(yàn)方法，連續(xù)測量空白溶液7次，計(jì)算方法檢出限，檢出限結(jié)果為0.026ug/L，熒光信號標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.26%，以空白樣品的5倍標(biāo)準(zhǔn)偏差，計(jì)算地質(zhì)礦物樣品檢出限，得到Hg元素測定檢出限為0.0248 ug/L。

3.3 測定汞含量準(zhǔn)確度和精確度

選取對5個(gè)地質(zhì)礦物樣品進(jìn)行檢測，每個(gè)樣品獨(dú)立測定5次，分別計(jì)算各樣品汞含量，得到平均值，按照測試結(jié)果計(jì)算回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，確定測定準(zhǔn)確度和精確度。實(shí)驗(yàn)測定回收率和精確度結(jié)果見表7。

表7 實(shí)驗(yàn)回收率和精確度測定

如表7所示，平行測試結(jié)果的回收率在98.9%～106.3%之間，符合定量測量要求；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在5.9%～8.2%之間，符合分析要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文實(shí)驗(yàn)方法的準(zhǔn)確度和精確度較高，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)方法的可靠性。

4 結(jié)語

通過對原子熒光光譜法實(shí)驗(yàn)工作條件和樣品處理方法的優(yōu)化，減少了共存離子干擾，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，地質(zhì)礦物中汞含量的測量準(zhǔn)確度和精確度較高，符合定量測量標(biāo)準(zhǔn)，因此可應(yīng)用于地化測量中。但本文研究還存在不足之處，后續(xù)可對預(yù)還原劑進(jìn)行深入研究，結(jié)合氫化物發(fā)生條件，優(yōu)化預(yù)還原劑的用量和類型選擇，減少共存基體的干擾，使測定結(jié)果更加準(zhǔn)確。此外將原子熒光光譜法與其他方法進(jìn)行結(jié)合，探究最佳的實(shí)驗(yàn)條件，有效指導(dǎo)地化測量，防止重金屬元素超標(biāo)引起的環(huán)境污染問題。