原子熒光光譜儀測定環(huán)境水樣中的砷含量

馬永良 曹霞 蔡蕓

摘 要：采用便攜式原子熒光光譜儀測定環(huán)境水樣中的砷含量。在負(fù)高壓、燈電流、載流濃度、載氣流量等參數(shù)優(yōu)化后，選擇最佳的儀器條件，現(xiàn)場過濾、酸化環(huán)境水樣后直接上機(jī)檢測。0.5μg/L～8μg/L測定范圍內(nèi)，砷元素具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R=0.9999，實測檢出限為0.0391μg/L，與國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求相符合。該方法重復(fù)性良好，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.72%，砷元素加標(biāo)回收率為93.3%～102.2%。該方法能夠獲取可靠性極高的分析結(jié)果，精密度良好，且該儀器具備小巧便攜、高效快速等多種優(yōu)勢，在環(huán)境水質(zhì)樣品現(xiàn)場測定中適用。

關(guān)鍵詞：原子熒光光譜儀;環(huán)境水樣;砷含量;測定

中圖分類號：O657.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）02-014-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.02.006

水體中日漸惡劣的重金屬污染，給人們的生活生產(chǎn)帶來了極大影響，水體污染監(jiān)督與治理中，重金屬監(jiān)測成為了必要前提和依據(jù)。作為人體非必須元素之一的砷，三價砷化合物毒性極強(qiáng)，同時有機(jī)砷會毒害人體及生物。原子熒光光譜法在水體中金屬檢測方面發(fā)揮了顯著作用，而在現(xiàn)代科技的帶動下，誕生了小型化、便攜化的原子熒光光譜儀。文章以環(huán)境水樣為對象，建立了便攜式原子熒光光譜儀檢測砷含量的方法，通過結(jié)果得知該儀器能將水環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測需求滿足。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

PAF-1100型便攜式原子熒光光譜儀;AFS-8230原子熒光光譜儀;AF-2200型原子熒光光譜儀[1];砷高性能空心陰極燈;超純水機(jī)、電子分析天平、水系針頭過濾器、移液器等。

砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000μg/mL），使用前用10%鹽酸（v/v）溶液（含硫脲10g/L）逐級稀釋，現(xiàn)場監(jiān)測中使用等量固體酸壓片;高純氬氣（99.99%）;環(huán)境水樣;標(biāo)準(zhǔn)砷樣品。

鹽酸、固體酸壓片，均為優(yōu)級純;硼氫化鉀;氫氧化鉀;硫脲。

用10%硝酸溶液浸泡所有器具，24h后用去離子水清洗干凈，待用。

1.2 分析條件

主、輔陰極電流：75mA、0mA;負(fù)高壓：380V;原子化方式（溫度）：火焰法（200℃）;氬氣流量：800mL/min;紫外燈電流：0mA;讀數(shù)時間：13s;延時時間：2s;載流：5%（v/v）HCl或等量固體酸壓片;KBH4濃度：20g/L，含KOH 2g/L;分析信號：峰面積;進(jìn)樣系統(tǒng)：恒溫模式。

1.3 樣品采集與處理

前往多個水域采集中層水樣，置于聚乙烯塑料瓶內(nèi)，采用便攜式原子熒光光譜法對一部分展開現(xiàn)場監(jiān)測，實驗室分析剩余部分[2]。水樣過濾后，精密量取10.0mL移至聚乙烯塑料小管，加入固體酸壓片2片，搖動小管直至溶解為止，靜置30min。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

完成分析條件的選擇后，依次對標(biāo)準(zhǔn)空白溶液、標(biāo)準(zhǔn)系列溶液展開測定。以檢出限公式為根據(jù)完成檢出限的計算，得到如表1所示結(jié)果[3]。根據(jù)數(shù)據(jù)得知，0.5μg/L～8μg/L測定范圍內(nèi)，砷元素具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R=0.9999，實測檢出限為0.0391μg/L，與國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求相符合;0.5μg/L～50μg/L線性范圍內(nèi)，相關(guān)系數(shù)R=0.9996。

2.2 重復(fù)性與重現(xiàn)性

用2μg/L砷標(biāo)準(zhǔn)使用溶液展開重復(fù)性與重現(xiàn)性測試，重復(fù)進(jìn)行7次檢測，根據(jù)峰面積相對標(biāo)準(zhǔn)偏差對重復(fù)性進(jìn)行衡量[4]。根據(jù)表2數(shù)據(jù)得知，該方法重復(fù)性良好，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.72%。

2.3 加標(biāo)回收率

以空白環(huán)境水樣為對象，依次采用0.60μg/L、3.00μg/L、6.00μg/L的加標(biāo)濃度展開加標(biāo)回收率測試，得到如表3所示結(jié)果。根據(jù)表中數(shù)據(jù)得知，砷元素加標(biāo)回收率為93.3%～102.2%。

2.4 實際樣品分析

根據(jù)上述方法，分別測定現(xiàn)場采集樣品、水質(zhì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品[5]。通過實驗后得知，現(xiàn)場采集樣品中砷含量為33.36μg/L，根據(jù)砷濃度在環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中34.8±2.9μg/L的參考值得知，該結(jié)果處于不確定度范圍內(nèi)。在與實驗室檢測結(jié)果對比后，得知便攜式原子熒光光譜儀適用于現(xiàn)場測定環(huán)境水質(zhì)樣品。

3 討論

3.1 燈電流條件優(yōu)化

65mA、70mA、75mA、80mA、85mA范圍內(nèi)，增大燈電流相應(yīng)的也會提升砷熒光強(qiáng)度，但穩(wěn)定性會降低。同時，如果燈電流過大，會縮短空心陰極燈使用壽命，所以確定為75mA的燈電流。

3.2 負(fù)高壓條件優(yōu)化

熒光強(qiáng)度與光電倍增管負(fù)高壓間存在正比例關(guān)系。負(fù)高壓每向上提升20V，熒光強(qiáng)度約會有一倍的提升，然而也會增加系統(tǒng)噪聲。在考慮靈敏度的基礎(chǔ)上，確定為380V的實驗負(fù)高壓。

3.3 延時時間與讀數(shù)時間條件優(yōu)化

以氫化物反應(yīng)、不同濃度出峰情況等為根據(jù)，避免出現(xiàn)峰形超出讀數(shù)時間的情況。本次實驗中，延時和讀數(shù)時間分別確定為2s、13s。

3.4 載氣流量條件優(yōu)化

載氣流量初期確定為600mL/min～1000mL/min。通過實驗得知，低流量時會影響熒光強(qiáng)度的穩(wěn)定性。本身為密封設(shè)計的原子化器，當(dāng)氣流變化時會影響其火焰穩(wěn)定性。在考慮響應(yīng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，選擇800mL/min的載氣流量。

3.5 載流濃度條件優(yōu)化

選擇固體酸壓片作為載流，初期確定2%、5%、10%濃度?？紤]到減少熒光猝滅、降低水汽等因素，故最終固體酸壓片溶液濃度確定為5%。

3.6 硼氫化鉀濃度條件優(yōu)化

根據(jù)壓制后的KBH4固體壓片，分析KBH4濃度變化對熒光強(qiáng)度的影響。濃度10g/L以內(nèi)，生成的氫氣量不足，熒光值低同時穩(wěn)定性不足。10g/L、20g/L濃度時，呈現(xiàn)出相對較高的峰面積。濃度為30g/L時，會降低熒光強(qiáng)度，此時會有較大的波動。因此，最終KBH4溶液濃度確定為20g/L（內(nèi)含氫氧化鉀2g/L）。

4 結(jié)語

文章以環(huán)境水樣為對象，建立了便攜式原子熒光光譜儀測定砷含量的方法，對比該實驗結(jié)果和實驗室結(jié)果，兩者之間基本沒有差異，表明該方法擁有同等于實驗室檢測的能力，與國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求相適應(yīng)，同時該儀器具備小巧便攜、高效快速等多種優(yōu)勢，且精密度、準(zhǔn)確度良好，在環(huán)境水質(zhì)樣品現(xiàn)場測定中適用。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙毅，王佳男.氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法同時測定環(huán)境水樣中的砷和硒[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2017，46（7）：38-41.

[2] 渠淑萍，劉金榮，陳璐.便攜式原子熒光光譜儀快速檢測環(huán)境水樣中的砷含量[J].分析儀器，2020（3）：67-70.

[3] 謝斌.原子熒光光譜法同時測定飲用水中砷和汞含量[J].海峽預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2020，26（2）：49-50.

[4] 陳陽.原子熒光光譜法同時測定環(huán)境水樣中砷和汞[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2020（1）：59.

[5] 黃嵐.原子熒光光譜法測定礦區(qū)地下水中重金屬元素砷和汞[J].世界有色金屬，2018（23）：186-187.