便攜式與常規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.北京海關技術中心，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

環境問題一直以來是世界各國普遍關注的焦點，隨著科學技術的發展，環境污染，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]。常規對環境樣品的檢測方式通常是現場取樣，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生樣品的污染或損失，從而影響檢測的準確性，而且在發生突發的污染情況或緊急事件時，實驗室測定已經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場快速測定的方向發展。本實驗通過對比便攜式儀器與常規熒光儀器在實驗室條件下砷，硒，汞元素的檢測結果，考察了便攜式原子熒光光譜儀的測試能力，此外，通過對環境水樣中砷元素的現場測試，考察了便攜式儀器的現場測試能力，測試結果良好。

2 儀器簡介

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

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

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

(3)在原子化系統的研發上，研制了平均功耗小于5W的新型原子化器，滿足野外現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)在光源對光系統的設計上，設計了全新的封閉式對光技術，通過軟件直接觀察光斑位置，方便用戶對光斑的調節。

(6)在檢測系統的開發上，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，進一步減小了對空間的占用。

(7)在尾氣排放上，設計內置式尾氣排放及凈化系統，減少廢氣排放。

(8)在通訊接口的開發上，采用基于低功耗藍牙的無線通訊技術。

(9)針對行業應用的特點，內嵌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；環境標準樣品水質砷，環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，國家地質實驗測試中心；大米粉成分分析標準物質，國家糧食局科學研究院；生物成分分析標準物質，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在實驗過程中根據相關國標方法處理后稀釋使用，實驗用水均為超純水。

3.3 實驗內容

3.3.1室內對比實驗

分別優化便攜式儀器和常規熒光儀器在測定砷、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。根據相關的國標方法對環境水基體樣品中砷、硒、汞進行處理，采用微波消解處理食品樣品(大米粉、綠茶粉)，經過處理后的樣品溶液分別在常規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果。

3.3.2現場測定及對比實驗

便攜式儀器體積小，能夠滿足現場檢測的需求。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。現場采取水樣，同時制備3個平行樣，經過濾及酸化處理，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，并將測試結果進行對比。

4 結果與討論

4.1 室內測試標準樣品結果對比

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

表1 實驗室A對水樣標準物質及食品樣品的測定結果

續表1

注：水質樣品采用單位為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，結果如表2所示。

表2 實驗室B對水樣標準物質及食品樣品的測定結果

注：水質樣品采用單位為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，結果如表3所示。

表3 實驗室C對水樣標準物質及食品樣品的測定結果

注：水質樣品采用單位為μg·L-1，食品樣品采用單位為mg·kg-1

從3家實驗室的檢測數據可以看出，在測定水質標準樣品時，便攜式儀器有常規熒光儀器具有相當的檢測能力，測定值同標準值吻合，表明便攜式儀器能夠用于環境水樣中砷、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果顯示，測試結果普遍偏低，表明對于基體復雜的食品樣品，經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，便攜式儀器與常規熒光儀器在測試復雜樣品時，能夠達到相當的檢測檢測效果。

4.2 現場測定實驗結果對比

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

表4 便攜式儀器現場測定與常規熒光室內測定結果對比

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場對標準水樣中待測元素的測試，測定結果可靠，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熒光儀器相當的檢測能力，能夠對待測元素給出可靠的測試結果。此外，儀器在能耗、配套氣源、分析性能等方面具備現場快速測定的能力，通過便攜式儀器現場對水樣的測定，表明其在戶外對水環境樣品的測試結果可靠，能夠滿足現場測試需要。因此，便攜式原子熒光光譜儀在現場快速測量，尤其是環保及水質監測等領域具有較好的發展和應用前景。