原子熒光光譜儀測定環境水樣中的砷含量

馬永良 曹霞 蔡蕓

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

關鍵詞：原子熒光光譜儀;環境水樣;砷含量;測定

中圖分類號：O657.31 文獻標識碼：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，給人們的生活生產帶來了極大影響，水體污染監督與治理中，重金屬監測成為了必要前提和依據。作為人體非必須元素之一的砷，三價砷化合物毒性極強，同時有機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揮了顯著作用，而在現代科技的帶動下，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，通過結果得知該儀器能將水環境現場監測需求滿足。

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、電子分析天平、水系針頭過濾器、移液器等。

砷單元素標準溶液（1000μg/mL），使用前用10%鹽酸（v/v）溶液（含硫脲10g/L）逐級稀釋，現場監測中使用等量固體酸壓片;高純氬氣（99.99%）;環境水樣;標準砷樣品。

鹽酸、固體酸壓片，均為優級純;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;進樣系統：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，采用便攜式原子熒光光譜法對一部分展開現場監測，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 結果與討論

2.1 標準曲線與檢出限

完成分析條件的選擇后，依次對標準空白溶液、標準系列溶液展開測定。以檢出限公式為根據完成檢出限的計算，得到如表1所示結果[3]。根據數據得知，0.5μg/L～8μg/L測定范圍內，砷元素具有良好的線性關系，相關系數R=0.9999，實測檢出限為0.0391μg/L，與國家環境保護標準要求相符合;0.5μg/L～50μg/L線性范圍內，相關系數R=0.9996。

2.2 重復性與重現性

用2μg/L砷標準使用溶液展開重復性與重現性測試，重復進行7次檢測，根據峰面積相對標準偏差對重復性進行衡量[4]。根據表2數據得知，該方法重復性良好，相對標準偏差為0.72%。

2.3 加標回收率

以空白環境水樣為對象，依次采用0.60μg/L、3.00μg/L、6.00μg/L的加標濃度展開加標回收率測試，得到如表3所示結果。根據表中數據得知，砷元素加標回收率為93.3%～102.2%。

2.4 實際樣品分析

根據上述方法，分別測定現場采集樣品、水質環境標準樣品[5]。通過實驗后得知，現場采集樣品中砷含量為33.36μg/L，根據砷濃度在環境標準中34.8±2.9μg/L的參考值得知，該結果處于不確定度范圍內。在與實驗室檢測結果對比后，得知便攜式原子熒光光譜儀適用于現場測定環境水質樣品。

3 討論

3.1 燈電流條件優化

65mA、70mA、75mA、80mA、85mA范圍內，增大燈電流相應的也會提升砷熒光強度，但穩定性會降低。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 負高壓條件優化

熒光強度與光電倍增管負高壓間存在正比例關系。負高壓每向上提升20V，熒光強度約會有一倍的提升，然而也會增加系統噪聲。在考慮靈敏度的基礎上，確定為380V的實驗負高壓。

3.3 延時時間與讀數時間條件優化

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

3.4 載氣流量條件優化

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度的穩定性。本身為密封設計的原子化器，當氣流變化時會影響其火焰穩定性。在考慮響應穩定的基礎上，選擇800mL/min的載氣流量。

3.5 載流濃度條件優化

選擇固體酸壓片作為載流，初期確定2%、5%、10%濃度。考慮到減少熒光猝滅、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化

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

4 結語

文章以環境水樣為對象，建立了便攜式原子熒光光譜儀測定砷含量的方法，對比該實驗結果和實驗室結果，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，與國家環境保護標準要求相適應，同時該儀器具備小巧便攜、高效快速等多種優勢，且精密度、準確度良好，在環境水質樣品現場測定中適用。

參考文獻

[1] 趙毅，王佳男.氫化物發生-原子熒光光譜法同時測定環境水樣中的砷和硒[J].化工技術與開發，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].海峽預防醫學雜志，2020，26（2）：49-50.

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

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