原子熒光光譜法測定地表水中重金屬元素砷和汞

馬微 趙巍 牛菀瑩 于書祥

遼源市產品質量檢驗所 吉林遼源 136200

砷和汞元素的測定方法多種多樣，比如分光光度法、原子吸收法、比色法、原子熒光光譜法等，原子熒光光譜法操作相對簡單，且靈敏度高、測量結果可靠性高，近年來在地表水重金屬元素測定中應用較為廣泛。

1 實驗部分

1.1 基本原理

在酸性介質條件下，以硼氫化鉀為還原劑，經消解的試樣溶液中砷、汞元素發生化學反應，生成相應的砷化氫，而汞元素還原成原子態汞蒸氣，化學方程式如下：

過量的氫氣、砷化氫、汞蒸氣與氬氣混合后，進入到原子化器中，氫氣和氬氣在點火裝置下形成火焰，待測的砷和汞元素呈現原子化狀態。砷和汞發射的特征譜線在聚焦下，基態原子變成高能態，在向基態轉化的過程中發出原子熒光。發出的熒光強度與試樣中砷和汞的濃度呈正比關系，通過對比可以得出試樣中對應砷和汞元素的含量。

1.2 儀器

AF-640A 型雙道原子熒光光譜儀，砷、汞空心陰極燈，載氣為高純度的氬氣。

1.3 試劑

采用優純級硝酸和鹽酸；氫化鉀溶液的濃度為2.0%；將5.0g濃度5%的硫脲溶液、5.0g 抗壞血酸混合，并加入100ml 純凈水，用時現配；分別準備濃度0.1μg/ml、0.01μg/ml 的砷、汞標準使用液。

1.4 樣品處理

應處理樣品中的懸浮顆粒，采用高精度的濾膜過濾，確保樣品與標準硫脲-抗壞血酸混合液濃度相同，在室溫條件下靜置15分鐘。

1.5 試樣測定

設定好標準的儀器工作參數，預熱點火應大于30 分鐘，儀器運行狀態穩定后，測定空白和標準系列，結合設備參數繪制相應的工作曲線。標準系列測定后，按照相同的方式測定地表水樣品，得出相應的工作曲線。

2 結果與討論

2.1 實驗條件的優化

2.1.1 負高壓

利用負高壓來控制光電倍增管的靈敏度，負高壓數值的大小與靈敏度呈正比。因此，在確保靈敏度要求的前提下，應盡量選擇信噪比大、熒光強度波動小的負高壓。經過對比發現，當負高壓為290V 時，信噪比最大、相對標準偏差較小，符合本實驗要求[1]。

2.1.2 燈電流

燈電流對于熒光強度的穩定性產生直接影響，同時也會影響信噪比。經過實驗表明，砷燈電流為65mA、汞燈電路為40m A 的情況下信噪比最大。綜合考慮測定的靈敏度和燈使用壽命，砷燈電流選擇65mA、汞燈電流選擇40m A。

2.1.3 氬氣載氣流速

計算機程序可以自動控制氬氣載氣的流速，氬氣載氣對于實驗生成砷化氫和汞蒸氣的速率影響較大，如果載氣流速過大，會在很大程度上降低生成物的濃度，降低測定的靈敏度；當載氣流速過小時，無法將生成物帶到原子化器中，不利于熒光強度控制。通過本實驗測定，氬氣載氣以每分鐘400mL 為宜。

2.1.4 載流鹽酸濃度

載流鹽酸濃度對于砷化氫和汞蒸氣的生成速率也有一定影響。通過對不同載流鹽酸的濃度進行試驗、對比，鹽酸濃度的升高對于儀器信噪比影響不是線性的，試驗表明，當載流鹽酸濃度為4%的情況下，砷和汞的原子熒光信號強度達到峰值，影響載流鹽酸濃度選擇4%。

2.1.5 還原劑濃度

鑒于五價砷還原難度較大，可能會影響測定結果，需要選擇恰當的還原劑，硫脲—抗壞血酸對于還原五價砷作用明顯，在實驗中加入5%硫脲—抗壞血酸混合溶液可以將五價砷還原成三價砷，進而實現砷濃度的測量。在進行汞含量測定時，不同濃度的硫脲—抗壞血酸混合溶液都不影響測量結果，因此在汞含量測定時不需要加入還原劑[2]。

2.2 檢出限

按照儀器設定的基本程序，通過連續測量12 次空白溶液，并取最終8 次測定的熒光強度值統計空白測定的標準偏差SD，并按照D L=3SD／K 公式計算砷和汞的檢出限，最終得出砷的檢出限為，0.09μg/L，汞的檢出限為0.069μg/L。

2.3 精密度

測定兩個不同濃度的砷、汞含量的水樣各5 次，結合平均值計算相應的標準偏差，相對標準偏差砷為3.3%，汞為2.6%，精密度滿足原子熒光光譜法測定的要求。

2.4 樣品分析

為了驗證該方法的可靠性，通過選擇不同地表水進行分析，測量結果表明砷和汞的含量都滿足規定，證明本地區地表水治理取得了明顯的成效。地表水樣品測定結果如表1 所示。

表1 地表水樣品測定結果

3 結語

原子熒光光譜法可以測定地表水中重金屬元素的含量，該方法具有靈敏度靈活、精密度高、線性范圍廣等優勢，在地表水砷和汞含量測定中操作簡單、干擾少，值得推廣。