原子熒光光度計測定土壤及水系沉積物樣品中的砷

（山西能源學院地質與測繪工程系，山西晉中市，030600）肖 宇

在傳統的砷元素化學測定環節中，實驗人員需要經過復雜的操作與測定過程，并加入一定量的有害試劑，才能測得某物質中的砷含量[1]。與此同時，由于在測定過程中，潛在大量的不確定因素，所以往往測定的結果不夠理想，無法讓測定人員獲得滿意的效果。而原子熒光光度計的引入，改變了傳統砷元素化學測定的整體實驗步驟，不但能夠以簡單快速的方式，測定不同樣本中潛在的砷，還不需要使用有害試劑作為還原劑[2]，所以該測定方法的科學應用，能夠為砷元素的測定帶來更加廣泛的發展前途。

1 實驗原理

1.1 土壤中砷的實驗原理

在土壤中的砷，如果處于沸水條件下，就會被王水氧化物氧化，并以離子和氧化物的形式溶于水溶液中。因此，在酸性化學條件下，以硼氫化鉀作為還原劑，能夠將砷化合物或砷離子還原成砷化氫[3]，然后把蒸發的砷化氫經過空心陰極特征譜線進行激發，形成砷原子，并發射出指定的原子熒光。

1.2 水系沉積物中的砷實驗原理

在水系沉積物中的砷，需要使用氫氧化鉀和硼氫化鉀作為還原劑，并在酸性環境下，進行砷化合物的相關測定實驗。其對應的實驗過程，與土壤中砷的實驗原理有很多相似之處。但在測定過程中，需要針對水系沉積物的個體化特點，選擇有效的試驗方案。本課題的實驗中，需要保障砷的價數為3價而非5價，所以在測試時，需要加入濃鹽酸混合液，讓砷化物能夠在與濃鹽酸反應后，系數得到3價砷化合物。

2 實驗過程

本實驗使用北京普析的PF51原子熒光光度計來展開砷含量的測量實驗，實驗中所有使用的試劑和樣品均通過梅特勒0.1XSE204天平測量，該天平的測量精密度為0.1mg，滿足本實驗對試劑的測量需求。

本實驗所采集的試樣中，砷元素的含量計算公式為：

公式中，1000代表的是換算系數；X為砷在本（土壤或水系沉積物）試樣中的含量（mg/kg）；c為砷在測定試樣中含量（ng/ml）；c0為標準使用液中砷含量（ng/ml）；V為試樣總體積（ml）；m為試樣的總質量（g）。

2.1 實驗材料的配置

2.1.1 土壤中砷的測定實驗材料配置

本實驗采用的材料較為簡單，主要包括以下器材：①原子熒光光度計；②化學實驗天平；③恒溫水浴鍋；④試管。實驗采用的化合物溶液主要包括：①濃硝酸+濃鹽酸混合液；②硫脲溶液（5g硫脲溶于水，并在純凈水中進行稀釋，稀釋成為100ml溶液）；③100ml抗壞血酸溶液（50g/l)；④還原劑，氫氧化鉀+硼氫化鉀；⑤砷標準使用液。

2.1.2 水系沉積物中砷的測定實驗材料配置

實驗采用的材料與土壤中砷的測量材料基本相同，考慮到土壤與水系沉積物個體存在一定的不同，在具體的測定中，簡單更改了材料的比例和濃度。主要包括以下器材：①原子熒光光度計；②化學實驗天平；③恒溫水浴鍋；④試管。實驗采用的化合物溶液主要包括：①濃硝酸+濃鹽酸混合液；②硫脲溶液（5g硫脲溶于水，并在純凈水中進行稀釋，稀釋成為100ml溶液）；③200ml抗壞血酸溶液（50g/l)；④還原劑，500ml氫氧化鉀（濃度為20g/l）+200ml硼氫化鉀（濃度為50g/l)；⑤砷標準使用液。

2.2 實驗步驟

2.2.1 土壤中砷的測定實驗步驟

采用原子熒光光度計來測定土壤樣品中的砷As時，首先把土壤樣品風干并研磨。然后稱取0.2g樣品放入王水中，并進行具體的實驗測定。其中，整個實驗過程包括：①選擇0.2g含砷風干土壤樣品溶入10ml王水反應管中，放入少許純凈水后搖勻；②反應管放置于100℃沸水浴中2h，隔一段時間搖勻一次，為了能夠讓溶液中的砷充分溶解，并形成五水化合物或砷離子；③用滴管滴入0.5ml濃鹽酸+濃硝酸混合液，并把反應管密封，讓砷能夠充分反應，保證溶液中的砷離子或砷化合物都能夠還原成三價。向溶液中置入5ml硫脲溶液和5ml抗壞血酸溶液，并用純水稀釋，靜置溶液30min，設定具體的儀器參數，根據測定過程繪制工作曲線，并根據手工（或機器自動）繪制的工作曲線，獲得砷元素的含量比例。其中，繪制的讀數時間為10s，每次的延遲時間為1.5s。按照該測定方法，測定砷的濃度，并記錄濃度系數。

2.2.2 水系沉積物中砷的測定實驗步驟

采用原子熒光光度計來測定水系沉積物樣品中的砷As時，根據實驗測定的原理可知，樣品的測定儀器中，需要白熒光值為200～230的60mA電流熒光燈，其最高壓290V。實驗的整個過程包括：①選擇5ml的含砷水系沉積物溶入100ml純凈水，放入反應管中，用滴管滴入0.5ml濃鹽酸+濃硝酸混合液，并把反應管密封后，靜置反應30min，讓砷能夠充分反應，保證溶液中的砷離子或砷化合物都能夠還原成三價；②室溫20～30℃下，將溶液放到進樣器之中，準備展開測試。如果室溫偏低時，如室內溫度低于20℃，為了能確保砷離子或砷化合物完全還原成三價，需要把溶液放入45℃水浴中加熱，并靜置溶液中30min；③設定具體的儀器參數，根據測定過程繪制工作曲線，并根據手工（或機器自動）繪制的工作曲線，獲得砷元素的含量比例。其中，繪制的讀數時間為10s，每次的延遲時間為1.5s。按照該測定方法，測定砷的濃度，并記錄濃度系數。

3 結果討論

在實驗中，利用PF51原子熒光光度計測定土壤和水系沉積物中的砷含量，在嚴密的實驗條件下，最終取得了較好的實驗測定效果。測驗結果顯示，土壤標準物質中的砷含量為10.05mg/kg，水系沉積物中的砷含量為5.15mg/kg，檢驗結果在有效范圍內，準確性比較高。利用PF51原子熒光光度計能夠快速測定不同混合物中的砷含量，且測定的過程簡單、迅速，測定結果真實、可靠。

4 結語

在化學實驗的環節中，采用北京普析PF51原子熒光光度計測定土壤與水系沉積物中的砷，需要對相關物質進行樣品選取，再深入探究實驗的工作原理，并針對土壤與水系沉積物的自身特點，展開個體化的試驗方案設計。從測定結果來看，本課題所采用的測定方案具有較高的靈敏度，并具有操作簡單、穩定性好等優勢。實驗證明，采用原子熒光光度計能夠很好的測定土壤與水系沉積物中的砷含量。