硼氫化鉀－原子熒光光譜分析法測(cè)定水中硒儀器參數(shù)條件優(yōu)化及可靠性分析

申開(kāi)旭，宋大恩

(云南省水文水資源局昭通分局，云南昭通657000)

硒是人體所必須的微量元素，近年來(lái)得到人們的普遍重視和關(guān)注。有資料顯示:硒能抗癌、保護(hù)心臟、預(yù)防心血管疾病，具有提高人體免疫力的功能。因此，人體內(nèi)的硒含量與健康程度存在密切關(guān)系。硒主要來(lái)源于水和食品，準(zhǔn)確測(cè)定其含量，顯得重要而迫切。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，測(cè)定水及食品中硒的方法和儀器也得到完善和更新。當(dāng)前，硼氫化鉀－原子熒光光譜分析法由于具有較高的靈敏度、較低檢出限和取樣量少等優(yōu)點(diǎn)，常作為水利、環(huán)保、農(nóng)業(yè)和衛(wèi)生等部門的首選方法推薦使用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 方法原理

樣品經(jīng)預(yù)處理后，保證各種形態(tài)的硒全部轉(zhuǎn)化為四價(jià)硒，加入硼氫化鉀，與其反應(yīng)，生成氣態(tài)的氫化硒，由載氣帶入原子化器進(jìn)行原子化，在硒空心陰極燈的照射下，硒原子受光輻射激發(fā)發(fā)射出特征波長(zhǎng)的熒光，在一定的濃度范圍內(nèi)其熒光值的強(qiáng)度與硒的含量成正比，從而能計(jì)算出樣品中的硒含量。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器

儀器名稱:AF610C原子熒光光譜儀，編號(hào):12－66，產(chǎn)地:北京瑞利分析儀器公司;硒高強(qiáng)度空心陰極燈，電爐等。

1.2.2 試劑

鹽酸:p=1.18g/mL，優(yōu)級(jí)純 (使用液濃度為6.0%)。硝酸:p=1.42 g/mL，優(yōu)級(jí)純。

氫氧化鉀:優(yōu)級(jí)純，(使用液濃度為0.5%)。

硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):100mg/L(購(gòu)于環(huán)境保護(hù)部)。

中間液:準(zhǔn)確量取1ml硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) (100±1%)于100ml容量瓶中，用6.0%的鹽酸溶液定容到刻度線，搖勻，此時(shí)溶液標(biāo)準(zhǔn)濃度為1mg/L。

標(biāo)準(zhǔn)使用液:準(zhǔn)確量取中間液10ml于100ml容量瓶中，用6.0%的鹽酸溶液定容到刻度線，搖勻，此時(shí)溶液標(biāo)準(zhǔn)濃度為0.10mg/L。

硒盲樣:用吸管準(zhǔn)確取10ml盲樣于250ml容量瓶中，用6.0%的鹽酸溶液定容到刻度線。

硼氫化鉀溶液 (7.0%):稱取3.5g硼氫化鉀，溶于500ml 0.5%的氫氧化鉀溶液中，搖勻備用。

鐵氰化鉀:稱取10.0g鐵氰化鉀溶于100ml蒸餾水中，混勻。實(shí)驗(yàn)證明:鐵氰化鉀對(duì)硒的熒光強(qiáng)度沒(méi)有影響，可用可不用。

1.2.3 各種玻璃量器

量筒，三角錐瓶，比色管等。使用前需要(1+1)的硝酸浸泡24h以上，然后清洗干凈。

1.3 儀器工作環(huán)境與條件 (表1)

1.4 檢測(cè)方法

1.4.1 水樣的預(yù)處理

準(zhǔn)確量取適量水樣置于150ml錐形瓶中，加硝酸 (優(yōu)級(jí)純)3.00～5.00ml，搖勻后置于電熱板上加熱消解至約1.00ml，若溶液渾濁不清，可適當(dāng)加1～2ml硝酸繼續(xù)消解至溶液清澈透明，注意不要將溶液蒸干為宜，冷卻后，小心轉(zhuǎn)入25ml比色管中，再加5.00ml 5%的鹽酸，用水稀釋到標(biāo)線，放置10min后，上機(jī)測(cè)定，同時(shí)做試劑空白。

表1 儀器工作的環(huán)境與條件

1.4.2 工作曲線繪制和樣品的測(cè)定

分 別 取 0.00ml， 0.00ml， 1.00ml， 2.00ml，4.00ml，6.00ml，8.00ml，10.00ml 硒 標(biāo) 準(zhǔn) 液 于25ml比色管中，分別加入5.00ml 6.0%的鹽酸，用水稀釋到標(biāo)線搖勻，放置10min后測(cè)定。

開(kāi)機(jī)預(yù)熱30min，接通氣源，調(diào)整好出口壓力，按照表1儀器工作的環(huán)境與條件調(diào)整儀器后，用6.0%的鹽酸作載流，以7.0%的硼氫化鉀溶液作還原劑，測(cè)定工作曲線和樣品。

2 AF610C原子熒光光譜儀最佳參數(shù)優(yōu)化設(shè)置［3～4］

2.1 光電倍增管負(fù)高壓對(duì)熒光強(qiáng)度的影響［5］

光電倍增管是原子光譜儀器的光電檢測(cè)器，其作用是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)放大電路把信號(hào)放大。放大倍數(shù)與加于光電倍增管之間的電壓(負(fù)高壓)有關(guān)，在一定范圍內(nèi)負(fù)高壓與熒光強(qiáng)度成正比。負(fù)高壓越大，放大倍數(shù)越大，同時(shí)暗電流等噪聲也相應(yīng)增大，此時(shí)檢出限和工作曲線的斜率和截距隨著負(fù)高壓的增大而降低。因此，在滿足分析要求的前提下，盡量不要把光電倍增管負(fù)高壓設(shè)置太高，即提高負(fù)高壓，不改善性噪比。實(shí)驗(yàn)研究表明:負(fù)高壓取280V時(shí)，熒光值較穩(wěn)定，而且靈敏度較高。負(fù)高壓與熒光值之間的關(guān)系見(jiàn)圖1。

2.2 燈電流對(duì)熒光強(qiáng)度的影響［6］

原子熒光光譜儀是以脈沖燈電流的大小決定激發(fā)光源發(fā)射強(qiáng)度的大小，在一定范圍內(nèi)，燈電流與熒光強(qiáng)度值成正比。但燈電流過(guò)大，會(huì)使熒光強(qiáng)度不穩(wěn)定，而且噪聲也相應(yīng)增大，會(huì)縮短燈的壽命。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:較小燈電流，儀器的靈敏度降低，穩(wěn)定性和信噪比降低，大大影響測(cè)定結(jié)果，增大燈電流，熒光值隨之增加，不過(guò)重現(xiàn)性較差，工作曲線檢驗(yàn)不合格的情況時(shí)有發(fā)生。從圖2燈電流與熒光強(qiáng)度之間的關(guān)系上可看出，燈電流在20mA～70 mA時(shí)與熒光值有線性關(guān)系，但線性較差，在70mA～120mA時(shí)熒光值較為穩(wěn)定。故本實(shí)驗(yàn)選取燈電流為70mA。

2.3 原子化器高度對(duì)熒光強(qiáng)度的影響

原子化器頂端到檢測(cè)透鏡中心水平線的垂直距離，數(shù)值越大，原子化器高度越低，氬氫火焰的位置越低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:原子化器高度過(guò)低，試劑空白的熒光值變高，檢出限變差，原子化高度過(guò)高，儀器的重現(xiàn)性和靈敏度變差。在氣流量、反應(yīng)條件相同的情況下，氬氫火焰的形狀是固定的，因此，在光路不變的情況下，原子化器的高低，決定了激發(fā)光源照射在氬氫火焰上的位置。當(dāng)激發(fā)光源照射在氬氫火焰上原子蒸汽密度最大的位置時(shí)，得到的原子熒光強(qiáng)度也越大。從圖3可看出，原子化的高度在8～15mm時(shí)，熒光強(qiáng)度隨原子化高度的增大而發(fā)生微小的波動(dòng)，因此實(shí)驗(yàn)選用原子化高度為8mm。

2.4 載氣與屏蔽氣流量對(duì)熒光強(qiáng)度的影響

載氣流量的大小在反應(yīng)條件一定的情況下對(duì)氬氫火焰的穩(wěn)定性、測(cè)量熒光強(qiáng)度的大小有很大的影響。載氣流量小，氬氫火焰不穩(wěn)定，測(cè)量的重現(xiàn)性差;載氣流量大，原子蒸汽被沖稀，測(cè)量的熒光信號(hào)降低，過(guò)大的載氣流量可能導(dǎo)致氬氫火焰被沖斷，無(wú)法形成氬氫火焰，導(dǎo)致沒(méi)有信號(hào)。屏蔽氣，作為氬氫火焰的外圍保護(hù)氣體，起到保持火焰形狀穩(wěn)定，防止原子蒸氣被周圍空氣氧化的作用。屏蔽氣流量小時(shí)，氬氫火焰肥大，信號(hào)不穩(wěn)定;屏蔽氣流量大時(shí)，氬氫火焰細(xì)長(zhǎng)，信號(hào)亦不穩(wěn)定且靈敏度降低。因此，選用純度＞99.999%的氬氣，實(shí)驗(yàn)選取載氣流量為700 ml/min，屏蔽氣流量為800ml/min。

2.5 硼氫化鉀濃度對(duì)熒光強(qiáng)度的影響［7］

硼氫化鉀作為還原劑直接影響熒光強(qiáng)度，其濃度過(guò)低不能產(chǎn)生足夠的氫氣和硒的氫化物，濃度過(guò)高時(shí)，反應(yīng)生成的氫氣量過(guò)大，稀釋了硒的氫化物，靈敏度降低，重現(xiàn)性變差，背景值增加。硼氫化物的形成決定于二個(gè)因素，一是被測(cè)元素與氫化合的速率，此外還決定于硼氫化鉀在酸性溶液中分解的速率。硼氫化鉀的用量不足，氫化反應(yīng)不完全，靈敏度低;硼氫化鉀用量過(guò)大，反應(yīng)生成的氫氣量太大，稀釋原子蒸氣，靈敏度也會(huì)下降，熒光強(qiáng)度就會(huì)減弱，重現(xiàn)性也變差，實(shí)驗(yàn)表明:硼氫化鉀濃度與硒的熒光信號(hào)關(guān)系見(jiàn)圖4，硒的熒光強(qiáng)度隨著硼氫化鉀濃度 (1.0%～7.0%時(shí))的增大而增大，這是符合規(guī)律的。不過(guò)，硼氫化鉀濃度太低則熒光強(qiáng)度低，靈敏度差;硼氫化鉀濃度過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生大量的氫氣，信號(hào)穩(wěn)定性較差，精確度較低。同時(shí)可以看出氫化鉀濃度7.0%時(shí)，熒光強(qiáng)度趨于穩(wěn)定，若選用太高濃度，不但精確度降低而且造成藥品浪費(fèi)，因此本實(shí)驗(yàn)選取硼氫化鉀濃度為7.0%。

2.6 讀數(shù)時(shí)間與延遲時(shí)間對(duì)熒光強(qiáng)度的影響

讀數(shù)時(shí)間的長(zhǎng)短與蠕動(dòng) (注射)泵的泵速、硼氫化鉀的濃度、進(jìn)樣體積的多少等有關(guān)。讀數(shù)時(shí)間確定時(shí)，將整個(gè)峰面積全部納入積分計(jì)算時(shí)為最佳。延遲時(shí)間設(shè)置準(zhǔn)確，可以有效地延長(zhǎng)燈的使用壽命，并減少空白噪聲。本實(shí)驗(yàn)選取讀數(shù)時(shí)間為13s，延長(zhǎng)時(shí)間為1s。

2.7 載流濃度對(duì)熒光強(qiáng)度的影響［8］

實(shí)驗(yàn)研究了載流濃度分別為1.0%～11.0%的鹽酸溶液與熒光值之間的關(guān)系。從圖5可以看出，載流濃度對(duì)硒標(biāo)準(zhǔn)樣品和試劑空白的熒光值產(chǎn)生影響較大，載流濃度為1.0% ～5.0%時(shí)，鹽酸的濃度與熒光值之間存在線性關(guān)系，但線性較差;濃度在5.0%～6.0%時(shí)，熒光值呈下降趨勢(shì);濃度為6.0%－10%，熒光值存在微小變化;濃度10%，熒光值突然變大，不過(guò)線性關(guān)系較差?？紤]到載流濃度過(guò)大，會(huì)對(duì)儀器造成腐蝕，因此實(shí)驗(yàn)選取載流空白的濃度為6.0%。

3 工作曲線繪制和樣品測(cè)定

3.1 工作曲線與方法的檢出限

開(kāi)機(jī)接通氣源，調(diào)整好出口壓力，按照表1及2.1～2.7方法配制溶液和設(shè)置參數(shù)，預(yù)熱30min，分 別 取 0.00ml， 1.00ml， 2.00ml， 4.00ml，6.00ml，8.00ml，10.00ml硒標(biāo)準(zhǔn)液于 25ml比色管中，分別加入5.00ml 6.0%的鹽酸。工作曲線:Y=11037.3690X+1.518，R=0.9997，表明硒濃度與峰面積之間存在較好的線性關(guān)系。對(duì)試劑空白連續(xù)測(cè)定11次，按3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差除以斜率，計(jì)算出檢出限為 0.0002mg/L，即 0.2μg/L。小于SL327.3－2005的 0.0003mg/L，GB/T5750.6－2006的0.0004mg/L。實(shí)驗(yàn)還表明鐵氰化鉀溶液加入與否，對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響，可用可不用。

3.2 樣品測(cè)定加標(biāo)率回收率計(jì)算精密度 (RSD)評(píng)定

量取10ml硒盲樣于7支25ml比色管中，選取其中兩支分別加入1.00ml 0.1mg/L硒標(biāo)準(zhǔn)液，加入5.00ml 6.0%的鹽酸，用水稀釋到刻度，與工作曲線同步測(cè)定。

表2 樣品測(cè)定、加標(biāo)率回收率計(jì)算及精密度 (RSD)評(píng)定

從表2可看出:樣品的平均值為0.0083mg/L，標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.0000837，精密度為1.012%，加標(biāo)回收率為 (97.1～105)%，盲樣考核數(shù)據(jù)報(bào)云南省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心質(zhì)量控制室評(píng)定合格，表明數(shù)據(jù)是受控的。

4 結(jié)論

影響檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、精密性、代表性和可比性的因素是多方面的。儀器設(shè)備在外界環(huán)境相同的條件下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和分析儀器在最佳分析條件下運(yùn)行是比較重要的環(huán)節(jié)。本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明:按照表1的參數(shù)優(yōu)化設(shè)置，該方法靈敏度高，檢出限低，重現(xiàn)性好，準(zhǔn)確度高，檢測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量是可靠的;另外，硼氫化鉀濃度可以從15.0%降到7.0%，在用量上減少一半，鐵氰化鉀溶液對(duì)實(shí)驗(yàn)無(wú)影響，可用可不用;該方法用在實(shí)際工作中，在提高工作效率和水環(huán)境保護(hù)方面有積極的作用，可以推薦使用。

［1］朱華明.儀器分析 ［M］.北京:高等教育出版社 (第三版)，2005.

［2］SL327.3－200，水質(zhì)硒的測(cè)定原子熒光光度法［S］.

［3］GB/T5750.1～.13－2006，生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法［S］.

［4］北京瑞利分析儀器公司.原子熒光分析方法［Z］.2010

［5］牛兆紅.原子熒光法測(cè)定飼料中的硒 ［J］.現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2007，(6):17－18.

［6］劉欣，廖敏，陳紅，等.微波消解－熒光光譜法測(cè)定飼料中的砷、汞、硒的研究［S］.糧食與飼料工業(yè)，2002，(2):56－59.

［7］羅鵬程.淺論原子熒光法測(cè)定食品中的硒 ［J］.大眾科技，2009，(6):143，119.

［8］彭太丁，莫通偉，蔡凌云.氫化物原子熒光光度法測(cè)定水中硒方法的改進(jìn) ［J］.光譜實(shí)驗(yàn)室，2012，(3):1491－1493.