基于原子熒光光譜法的水環境汞含量檢測技術研究

應夏芬，王時杰

（1.寧波天一綠色生態科技有限公司，浙江 寧波 315048；2.寧波安聯檢測有限公司，浙江 寧波 315048）

引言

原子熒光法屬于較為新穎的一種定量分析方法，近年來，該技術憑借諸多優勢，廣泛活躍于環境、石油、化工、食品、醫藥衛生等領域的痕跡檢測工作中。在水環境檢測領域，主要存在原子發射光譜法、原子吸收光譜法、雙硫腙分光光度法等等水環境無機汞檢測方法。但是，上述諸多方法均存在一定缺陷，如靈敏度低、試驗條件要求苛刻、選擇性差等，與上述諸多方法相比，原子熒光光譜法的整體表現性相對較好，因此，對基于原子熒光光譜法的水環境汞含量檢測技術進行研究具有十分重要的現實意義。

1 原子熒光光譜法基本原理

原子熒光光譜法是當前時代背景下誕生的一種全新痕量檢測技術，其優勢主要包括：（1）靈敏度較高，檢出限較低。例如，原子熒光光譜法在檢測Cd元素時，檢出限能夠達到0.001 ug/。（2）譜線簡單，不容易受到外界環境的干擾。（3）分析校準曲線線性范圍相對較寬，在實踐中一般能夠達到3～5個數量級。（4）能夠實現多元素的同時測定[1]。

原子熒光光譜法的核心原理利用原子熒光光譜的特殊性質。在原子領域，氣態自由原子在吸收光源的特征輻射之后，原子的外層電子會躍遷到較高的能級，隨后躍遷回基態、較低能級，同時發射與原激發輻射波長相同、不同的輻射，這種輻射在實踐中被稱為原子熒光，從性質上，這種熒光屬于典型的二次發光，停止照射之后即停止，根據能級不同，可以將原子熒光簡單分為共振熒光、非共振熒光、敏化熒光三種基本類型，原子濃度不同會導致熒光強度、類型存在差異，通過特定儀器對熒光強度、熒光類型進行有效檢測即可確定原子在溶液中的具體濃度[2]。

2 基于原子熒光光譜法的水環境汞含量檢測技術的應用策略

2.1 水樣的預處理

在實踐中，只有清潔的地下水、地表水才能直接進行取樣測定，但是，清潔水中汞含量往往相對較低，不必檢測或者難以準確測定。因此，廢水在檢測之前，往往需要對水樣進行預處理。

在本次實驗中，采用常見的廢水樣品處理策略，水樣預處理的具體步驟如下：（1）取50 mL生活廢水樣品，將其放入100 mL容量的錐形瓶中，同時加入5 mL的，將混合完畢的溶液在電熱板上加熱，直至其表面冒出白煙之后，才能將其取下冷卻，并加入5 mL，直到白煙冒盡，將冷卻后的溶液轉移到容量瓶中進行定容、搖勻。（2）如果水樣中存在懸浮顆粒物，實驗人員可以采取濾膜過濾方法對其進行去除。（3）對于工業廢水中汞的測定，可以采取加入硝酸-高氯酸混合溶液、鹽酸對樣品進行消解，在本次試驗中，可以取50 mL待測樣品，在100 mL燒杯中加入適量以及，其中，加入量為5 mL，加入量為1 mL，將混合后的溶液放在80 ℃的溫度下進行水浴加熱，持續30 min左右。（4）針對海水的預處理，可以采取熱消解法，即將待測樣品放在比色管中，樣品含量為10 mL，比色管容量為25 mL，加入濃硫酸以及過硫酸鉀，混勻加塞，將混合后的溶液放在100 ℃的溫度下進行水浴加熱，加熱15 min左右，保證其消解完全。（5）針對環境水樣中的有機汞、無機汞，可以以溴化劑作為消解劑，采取差減法對有機汞含量進行計算[3]。

2.2 工作條件與相關材料選擇

本次實驗所采用的儀器，根據使用環境的差異，其主要工作參數存在一定不同，儀器測量的主要工作參數包括光電管負高壓、輔助電流、屏蔽器流量、進樣量、采樣時間、泵速等。儀器有很多種，例如，吉天 AFS-11 型原子熒光光度計，該儀器的具體工作參數為：光電倍增管負高壓為 280 V，燈電流為30 mA，載氣流量為400 mL/min，屏蔽器流量為800 mL/min[4]。

試劑在原則上選擇分析純即可，在痕量、超痕量測試過程中可以選擇更高級的純度，所有試劑應當采用新鮮的超純水配置，需要在特定環境條件下放置3 d以內。

在還原劑方面，通?？梢赃x擇低濃度的、，其濃度應當控制在較低的水平，這主要是由于，高濃度試劑會導致大量氫氣產生，導致汞蒸氣稀釋，進而對分析靈敏度造成消極影響，通?？梢赃x擇試劑，一般認為能夠滿足實驗要求。在配置還原溶劑時，為了避免過于活潑影響穩定性，可以提前加入NaOH，其目的在于保證其穩定性。

在介質與酸度方面，不同介質、酸度會對被測元素的靈敏性產生不同的影響，因此，在實驗中，應當選擇合適的酸度，這可以有效提升待測元素氫化物的合成與釋放效率，當以作為還原試劑時，需要將HCl的體積分數控制在2%以上，這主要是由于，當HCl的體積分數較低時，熒光強度會明顯降低，同時，HCl的體積分數也不能過高，否則很容易嚴重腐蝕儀器、管道[5]。

2.3 分離富集

在水環境中，無機汞的含量通常很低，需要采取分離富集的手段將水環境中的汞顆粒進行分離處理，在實踐中的具體操作思路如下：（1）采用0.45的玻璃纖維膜，使用該濾膜對水環境中顆粒態汞進行過濾，并將其收集到四氟乙烯瓶中。（2）將50 mL濃HCL/加入到100 mL四氟乙烯罐中，同時加入0.5 mL的磷酸，200 g KBr，并將溫度調整到145 ℃，同時輸入氮氣。（3）收集四氟乙烯瓶中蒸餾出的氣體，并使用氮氣進行吹掃，分離二價汞離子，完成汞離子的富集。

2.4 離子沉淀交換

在分離富集完成后，技術人員應當對環境水樣品進行沉淀處理，利用無機汞的親疏性，在環境水樣本中加入三價鋁離子、鐵離子，使其生成特定化合物，吸附二價汞離子。其次，往水樣品中間加入樹脂、氯化物，使其在常溫環境中形成汞氯絡合物，在樹脂作用下形成鋁氯氧化物、氫氧化汞、鐵，并在水底形成沉淀。

2.5 吸附洗脫

吸附洗脫是水環境中無機汞檢測的最后一個準備步驟，應當按照以下邏輯流程進行處理：（1）將水體酸堿度控制在c（HCL）=1 mol/L以下，其目的在于防止汞離子飽和吸附量受到影響，整體PH值應當在4～6的區間范圍內，在此基礎上，采用Zn-MOF-74完成汞離子的吸附。（2）在吸附完成后，應當對其進行洗脫分離、富集、吸附過程中添加的其它粒子，值得注意的是，汞離子不能與其它離子共同洗脫[6]。

2.6 無機汞檢測

無機汞檢測是整個工作最為重要的環節，應當嚴格按照操作要求與相關標準進行，具體操作思路如下：（1）針對處理完成后的水體，采用對其中的無機汞進行萃取處理，將萃取完成之后的無機汞溶劑進行蒸發，在室溫下進行乙基化反應，得到0價汞。（2）采用汞空心陰極燈對基態汞原子進行照射處理，并對其發射的帶有特征波長的熒光信息進行收集與分析，帶入相關公式，以此來實現對水環境中無機汞的有效測定。

3 實驗論證

為了保證本文方法的有效性，需要結合實際案例對其進行實驗驗證。具體操作方式如下：（1）進行實驗準備。選擇AFS-11 型雙道原子熒光光譜儀、汞空心陰極燈，完成相關溶液的準備與配置，載流液體使用濃度較高的鹽酸溶液，把30 mL溶液加入去離子水當中，定容1 000 mL。（2）采集水樣，按照本文設定邏輯流程對水樣進行有效處理。（3）分別按照傳統方法與本文所研究的方法對水樣進行無機汞含量檢測。圖1為不同檢測方法背景下的無機汞靈敏度對比。

圖1 不同檢測方法背景下的無機汞靈敏度對比圖

從圖1中的內容可知，采取本文所提出的檢測方法，檢測無機汞靈敏度約在80%～95%的區間范圍內，靈敏性較高且相對穩定，與之相比，傳統方法的靈敏性較低且不穩定，因此，相比于傳統方法而言，本文所提出的方法具有更強的應用優勢。

其次，還需要對水樣均勻性進行檢驗，結果見表1，根據表中內容可知，樣品水樣成分均勻。

此外，還需要對水樣中汞的回收率進行分析，具體方法為，通過在樣品中人為添加汞，得到不同濃度，對其進行測定，具體結果如表2所示。

表1 均勻性檢驗

表2 水樣中汞的回收率

4 結語

本文總結了一種基于原子熒光光譜法的水環境汞含量檢測技術，相比于傳統方法而言，該方法確實存在一定的優越性，在水環境汞檢測領域確實能夠發揮一定價值，值得相關專家、學者進行深入地分析與研究。