硼氢化钾－原子荧光光谱分析法测定水中硒仪器参数条件优化及可靠性分析

申开旭，宋大恩

(云南省水文水资源局昭通分局，云南昭通657000)

硒是人体所必须的微量元素，近年来得到人们的普遍重视和关注。有资料显示:硒能抗癌、保护心脏、预防心血管疾病，具有提高人体免疫力的功能。因此，人体内的硒含量与健康程度存在密切关系。硒主要来源于水和食品，准确测定其含量，显得重要而迫切。随着社会经济的协调发展，测定水及食品中硒的方法和仪器也得到完善和更新。当前，硼氢化钾－原子荧光光谱分析法由于具有较高的灵敏度、较低检出限和取样量少等优点，常作为水利、环保、农业和卫生等部门的首选方法推荐使用。

1 实验部分

1.1 方法原理

样品经预处理后，保证各种形态的硒全部转化为四价硒，加入硼氢化钾，与其反应，生成气态的氢化硒，由载气带入原子化器进行原子化，在硒空心阴极灯的照射下，硒原子受光辐射激发发射出特征波长的荧光，在一定的浓度范围内其荧光值的强度与硒的含量成正比，从而能计算出样品中的硒含量。

1.2 仪器与试剂

1.2.1 仪器

仪器名称:AF610C原子荧光光谱仪，编号:12－66，产地:北京瑞利分析仪器公司;硒高强度空心阴极灯，电炉等。

1.2.2 试剂

盐酸:p=1.18g/mL，优级纯 (使用液浓度为6.0%)。硝酸:p=1.42 g/mL，优级纯。

氢氧化钾:优级纯，(使用液浓度为0.5%)。

硒标准物质:100mg/L(购于环境保护部)。

中间液:准确量取1ml硒标准物质 (100±1%)于100ml容量瓶中，用6.0%的盐酸溶液定容到刻度线，摇匀，此时溶液标准浓度为1mg/L。

标准使用液:准确量取中间液10ml于100ml容量瓶中，用6.0%的盐酸溶液定容到刻度线，摇匀，此时溶液标准浓度为0.10mg/L。

硒盲样:用吸管准确取10ml盲样于250ml容量瓶中，用6.0%的盐酸溶液定容到刻度线。

硼氢化钾溶液 (7.0%):称取3.5g硼氢化钾，溶于500ml 0.5%的氢氧化钾溶液中，摇匀备用。

铁氰化钾:称取10.0g铁氰化钾溶于100ml蒸馏水中，混匀。实验证明:铁氰化钾对硒的荧光强度没有影响，可用可不用。

1.2.3 各种玻璃量器

量筒，三角锥瓶，比色管等。使用前需要(1+1)的硝酸浸泡24h以上，然后清洗干净。

1.3 仪器工作环境与条件 (表1)

1.4 检测方法

1.4.1 水样的预处理

准确量取适量水样置于150ml锥形瓶中，加硝酸 (优级纯)3.00～5.00ml，摇匀后置于电热板上加热消解至约1.00ml，若溶液浑浊不清，可适当加1～2ml硝酸继续消解至溶液清澈透明，注意不要将溶液蒸干为宜，冷却后，小心转入25ml比色管中，再加5.00ml 5%的盐酸，用水稀释到标线，放置10min后，上机测定，同时做试剂空白。

表1 仪器工作的环境与条件

1.4.2 工作曲线绘制和样品的测定

分 别 取 0.00ml， 0.00ml， 1.00ml， 2.00ml，4.00ml，6.00ml，8.00ml，10.00ml 硒 标 准 液 于25ml比色管中，分别加入5.00ml 6.0%的盐酸，用水稀释到标线摇匀，放置10min后测定。

开机预热30min，接通气源，调整好出口压力，按照表1仪器工作的环境与条件调整仪器后，用6.0%的盐酸作载流，以7.0%的硼氢化钾溶液作还原剂，测定工作曲线和样品。

2 AF610C原子荧光光谱仪最佳参数优化设置［3～4］

2.1 光电倍增管负高压对荧光强度的影响［5］

光电倍增管是原子光谱仪器的光电检测器，其作用是把光信号转换成电信号，再经放大电路把信号放大。放大倍数与加于光电倍增管之间的电压(负高压)有关，在一定范围内负高压与荧光强度成正比。负高压越大，放大倍数越大，同时暗电流等噪声也相应增大，此时检出限和工作曲线的斜率和截距随着负高压的增大而降低。因此，在满足分析要求的前提下，尽量不要把光电倍增管负高压设置太高，即提高负高压，不改善性噪比。实验研究表明:负高压取280V时，荧光值较稳定，而且灵敏度较高。负高压与荧光值之间的关系见图1。

2.2 灯电流对荧光强度的影响［6］

原子荧光光谱仪是以脉冲灯电流的大小决定激发光源发射强度的大小，在一定范围内，灯电流与荧光强度值成正比。但灯电流过大，会使荧光强度不稳定，而且噪声也相应增大，会缩短灯的寿命。实验结果表明:较小灯电流，仪器的灵敏度降低，稳定性和信噪比降低，大大影响测定结果，增大灯电流，荧光值随之增加，不过重现性较差，工作曲线检验不合格的情况时有发生。从图2灯电流与荧光强度之间的关系上可看出，灯电流在20mA～70 mA时与荧光值有线性关系，但线性较差，在70mA～120mA时荧光值较为稳定。故本实验选取灯电流为70mA。

2.3 原子化器高度对荧光强度的影响

原子化器顶端到检测透镜中心水平线的垂直距离，数值越大，原子化器高度越低，氩氢火焰的位置越低。实验结果表明:原子化器高度过低，试剂空白的荧光值变高，检出限变差，原子化高度过高，仪器的重现性和灵敏度变差。在气流量、反应条件相同的情况下，氩氢火焰的形状是固定的，因此，在光路不变的情况下，原子化器的高低，决定了激发光源照射在氩氢火焰上的位置。当激发光源照射在氩氢火焰上原子蒸汽密度最大的位置时，得到的原子荧光强度也越大。从图3可看出，原子化的高度在8～15mm时，荧光强度随原子化高度的增大而发生微小的波动，因此实验选用原子化高度为8mm。

2.4 载气与屏蔽气流量对荧光强度的影响

载气流量的大小在反应条件一定的情况下对氩氢火焰的稳定性、测量荧光强度的大小有很大的影响。载气流量小，氩氢火焰不稳定，测量的重现性差;载气流量大，原子蒸汽被冲稀，测量的荧光信号降低，过大的载气流量可能导致氩氢火焰被冲断，无法形成氩氢火焰，导致没有信号。屏蔽气，作为氩氢火焰的外围保护气体，起到保持火焰形状稳定，防止原子蒸气被周围空气氧化的作用。屏蔽气流量小时，氩氢火焰肥大，信号不稳定;屏蔽气流量大时，氩氢火焰细长，信号亦不稳定且灵敏度降低。因此，选用纯度＞99.999%的氩气，实验选取载气流量为700 ml/min，屏蔽气流量为800ml/min。

2.5 硼氢化钾浓度对荧光强度的影响［7］

硼氢化钾作为还原剂直接影响荧光强度，其浓度过低不能产生足够的氢气和硒的氢化物，浓度过高时，反应生成的氢气量过大，稀释了硒的氢化物，灵敏度降低，重现性变差，背景值增加。硼氢化物的形成决定于二个因素，一是被测元素与氢化合的速率，此外还决定于硼氢化钾在酸性溶液中分解的速率。硼氢化钾的用量不足，氢化反应不完全，灵敏度低;硼氢化钾用量过大，反应生成的氢气量太大，稀释原子蒸气，灵敏度也会下降，荧光强度就会减弱，重现性也变差，实验表明:硼氢化钾浓度与硒的荧光信号关系见图4，硒的荧光强度随着硼氢化钾浓度 (1.0%～7.0%时)的增大而增大，这是符合规律的。不过，硼氢化钾浓度太低则荧光强度低，灵敏度差;硼氢化钾浓度过高，会产生大量的氢气，信号稳定性较差，精确度较低。同时可以看出氢化钾浓度7.0%时，荧光强度趋于稳定，若选用太高浓度，不但精确度降低而且造成药品浪费，因此本实验选取硼氢化钾浓度为7.0%。

2.6 读数时间与延迟时间对荧光强度的影响

读数时间的长短与蠕动 (注射)泵的泵速、硼氢化钾的浓度、进样体积的多少等有关。读数时间确定时，将整个峰面积全部纳入积分计算时为最佳。延迟时间设置准确，可以有效地延长灯的使用寿命，并减少空白噪声。本实验选取读数时间为13s，延长时间为1s。

2.7 载流浓度对荧光强度的影响［8］

实验研究了载流浓度分别为1.0%～11.0%的盐酸溶液与荧光值之间的关系。从图5可以看出，载流浓度对硒标准样品和试剂空白的荧光值产生影响较大，载流浓度为1.0% ～5.0%时，盐酸的浓度与荧光值之间存在线性关系，但线性较差;浓度在5.0%～6.0%时，荧光值呈下降趋势;浓度为6.0%－10%，荧光值存在微小变化;浓度10%，荧光值突然变大，不过线性关系较差。考虑到载流浓度过大，会对仪器造成腐蚀，因此实验选取载流空白的浓度为6.0%。

3 工作曲线绘制和样品测定

3.1 工作曲线与方法的检出限

开机接通气源，调整好出口压力，按照表1及2.1～2.7方法配制溶液和设置参数，预热30min，分 别 取 0.00ml， 1.00ml， 2.00ml， 4.00ml，6.00ml，8.00ml，10.00ml硒标准液于 25ml比色管中，分别加入5.00ml 6.0%的盐酸。工作曲线:Y=11037.3690X+1.518，R=0.9997，表明硒浓度与峰面积之间存在较好的线性关系。对试剂空白连续测定11次，按3倍标准偏差除以斜率，计算出检出限为 0.0002mg/L，即 0.2μg/L。小于SL327.3－2005的 0.0003mg/L，GB/T5750.6－2006的0.0004mg/L。实验还表明铁氰化钾溶液加入与否，对实验无影响，可用可不用。

3.2 样品测定加标率回收率计算精密度 (RSD)评定

量取10ml硒盲样于7支25ml比色管中，选取其中两支分别加入1.00ml 0.1mg/L硒标准液，加入5.00ml 6.0%的盐酸，用水稀释到刻度，与工作曲线同步测定。

表2 样品测定、加标率回收率计算及精密度 (RSD)评定

从表2可看出:样品的平均值为0.0083mg/L，标准偏差为0.0000837，精密度为1.012%，加标回收率为 (97.1～105)%，盲样考核数据报云南省水环境监测中心质量控制室评定合格，表明数据是受控的。

4 结论

影响检测数据准确性、精密性、代表性和可比性的因素是多方面的。仪器设备在外界环境相同的条件下，通过实验研究和分析仪器在最佳分析条件下运行是比较重要的环节。本实验研究结果表明:按照表1的参数优化设置，该方法灵敏度高，检出限低，重现性好，准确度高，检测数据质量是可靠的;另外，硼氢化钾浓度可以从15.0%降到7.0%，在用量上减少一半，铁氰化钾溶液对实验无影响，可用可不用;该方法用在实际工作中，在提高工作效率和水环境保护方面有积极的作用，可以推荐使用。

［1］朱华明.仪器分析 ［M］.北京:高等教育出版社 (第三版)，2005.

［2］SL327.3－200，水质硒的测定原子荧光光度法［S］.

［3］GB/T5750.1～.13－2006，生活饮用水卫生标准，生活饮用水标准检验方法［S］.

［4］北京瑞利分析仪器公司.原子荧光分析方法［Z］.2010

［5］牛兆红.原子荧光法测定饲料中的硒 ［J］.现代化农业，2007，(6):17－18.

［6］刘欣，廖敏，陈红，等.微波消解－荧光光谱法测定饲料中的砷、汞、硒的研究［S］.粮食与饲料工业，2002，(2):56－59.

［7］罗鹏程.浅论原子荧光法测定食品中的硒 ［J］.大众科技，2009，(6):143，119.

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