基于水分析中原子荧光光谱法应用探讨

汪庆华 姚 琼

（湖北省襄阳市水文水资源勘测局 湖北襄阳 441003）

基于水分析中原子荧光光谱法应用探讨

汪庆华 姚 琼

（湖北省襄阳市水文水资源勘测局 湖北襄阳 441003）

20世纪60年代初，由日本和美国的两家公司提出了原子荧光光谱分析技术（简称AFS），开创了氢化物的分析技术，之后此项技术得到了发展，科研人员根据原子荧光光谱分析技术研制出了原子荧光仪，本文在阐释和总结原子荧光谱法概念、原理和特点的基础上，结合具体实验分析了原子荧光光谱法在水分析中的应用以及实验过程中需要注意的问题，实验结果科学合理有效，证实原子荧光谱法在水分析方面适用、可靠。

水分析；原子荧光光谱法；精确度

1 引言

随着我国城市工业化进程的加快，工业废水中的重金属及其化合物对人类的影响越来越大。废水中的有机化合物有较强的毒性，不仅会对生态环境造成严重的影响，而且也会通过食物链对人体的心血管系统、神经系统、呼吸系统及皮肤构成极大的威胁，这就对环境水样中化合物含量的测定工作要求也越来越高。目前，测定水环境样中化合物的方法有很多，主要包括分光光度法、等离子体发射光谱法和原子荧光光谱法等，其中原子荧光光谱法作为一种新兴的检测方法，具有灵敏度高、精密度好、干扰少、操作简便等优点，在医药、环保和卫生等领域有所应用。本文通过建立一种原子荧光光谱法测定环境水样中砷、汞含量的方法，希望对水分析工作有所帮助。

2 原子荧光光谱法及基本原理

2.1 原子荧光光谱法

原子荧光光谱法是介于原子吸收和原子发射光谱之间的光谱分析法。它具有谱线简单、低检出限以及灵敏度高等优点，因此也普遍受到业界人士的重视。原子荧光光谱法使用连续光源，对水中元素的分析较为有效，因为原子荧光的信噪比大，其灵敏度非常高，线性范围比较宽。

2.2 基本原理

利用硼氢化钾或硼氢化钠作为还原剂，将样品溶液中的待分析元素还原为挥发性气态氢化物，然后借助载气将其导入原子化器，当基态原子被特征波长的共振射线照射以后，基态原子外层的电子就会吸收辐射能，进而从低能态跃迁到高能态，但多数由于二次碰撞而重新跃迁回基态，不会发生辐射。但少部分被激发的原子跃迁回低能态过程中，发射出原子荧光。通过测试条件的改变，可以测量到原子荧光的强度。我们就可以通过测量元素原子在辐射能激发下产生的荧光得强度，然后确定待测元素得含量。

2.3 原子荧光的特点

（1）非色散系统、光程短、能量损失比较少；

（2）灵敏度高，检出限低，与激发光源强度成正比；

（3）原子化效率高，理论上可达到百分之百；

（4）可以有效降低基体的干扰；

（5）只是用氩气，运行成本低；

（6）线性范围宽。通过调整光源强度，从每升几微克到几百微克，荧光值与浓度均可为线性关系；

（7）适用于多种元素的同时分析。由于原子荧光光谱分析要求光源、原子化器和检测器不在同一条直线上，因此可以同时分析多种元素。目前仪器一般为双通道，可以同时测定两种不同元素；

（8）受氢化物反应限制和元素特性限制，目前可测量11种元素。

3 利用原子荧光谱法测定水中砷和汞等元素

3.1 主要仪器设备与试剂

（1）主要仪器设备：双道原子荧光仪AFS-8230、打印机、计算机等；

（2）实验用水：本次实验用水都使用的三次水；

（3）实验试剂：浓度均为国家标准的汞溶液、100mg/L砷、1.00mg/L砷使用溶液和0.01mg/L汞使用溶液，0.1mol/L溴酸钾，5%盐酸，和l0g/L的溴化钾溶液，5g氢氧化钾、20g硼氢化钾和1000mL水配制的硼氢化钾溶液，100mL水与0.5g盐酸轻胺配制的盐酸经胺溶液以及浓度均为50g/L抗坏血酸与硫脲混合溶液；

（4）实验载气：纯度高于99.9%的氩气。

3.2 工作条件

基于光电倍增管负高压、灯电流、载气流量、原子化器高度和屏蔽气流量等对分析灵敏度、精密度影响很大，所以需要对仪器工作条件进行优化，最佳工作条件应为：270V负高压，40mA砷灯电流，80mA硒灯电流，8mm原子化器高度，400mL/min载气流量，1000mL/min屏蔽气流量，分析信号读数时间10s，延迟时间1.5s。

3.3 主要实验步骤

3.3.1 标准系列的配制

使用50mL容量瓶吸取汞、砷标准溶液，其中砷汞混合液的样本体积分别为0mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL和5.0mL，分别加入体积为5.0mL的浓盐酸和抗坏血酸混合液，然后用水混合定容至50mL。这样汞的浓度相当于 0μg/L、0.1μg/L、0.2μg/L、0.4μg/L、0.6μg/L、0.8μg/L、1.0μg/L；砷的浓度相当于0μg/L、10μg/L、20μg/L、40μg/L、60μg/L、80μg/L、100μg/L。

3.3.2 样品的制备

使用25mL比色管取10m l水样，分别加浓盐酸2.5mL、溴化钾-溴酸钾混合溶液1.0mL，混合均匀，然后在20℃温度下至少放置10min。如果没有溴析出来，就需要补加溴化剂，直至有溴析出。当溴析出后，过量的溴需用盐酸羟胺溶液去除，之后加入硫脲酸混合液2.5mL定容。最后配制体积相同的空白试剂来作对比。

3.3.3 实验测定

打开双通道荧光仪后，首先要对仪器实验的工作参数设定，其中汞、砷负高压设置为280V，加热的温度设为200℃，载气流量为400mL/min，原子化器的高度设为8mm，屏蔽气流量为1000mL/min，读数的时间为12s，延迟的时间设为1s，汞电流大小设为40mA，砷电流大小设为60mA，等待30min左右待仪器稳定后，使用标准坐标系做工作曲线。利用上述方法分别测定空白样本及实验样本。最后通过做出的工作曲线读出实验样本中被测元素的含量。

3.4 实验讨论及结果

3.4.1 载流剂和还原剂浓度的确定

通过不同的还原剂溶液和载流的浓度，对砷测试溶液进行分析，确定最佳的载流条件和还原剂浓度，砷的测定结果在酸浓度不同的条件下基本上是相同的。但是测得的2%载流溶液的荧光强度值要比5%的高，这说明了荧光值受酸浓度影响较大。一般检测结果在荧光强度值越低的情况下，受影响越大。在载流浓度为5%时，还原剂的浓度对As测试溶液的测得值影响不大，当改变还原剂溶液的浓度，砷的测定结果基本相同。但还原剂浓度会影响光谱峰的出峰位置。为了防止积分面积受到影响，需要缩短延迟时间。比较理想的浓度为2%的载流浓度，1%的还原剂浓度。

3.4.2 酸浓度对测定结果的影响

砷元素的测定结果会受到载流浓度与待测水样的酸浓度不一致时的影响，样品中，将一定的浓盐酸加入水样中，使其载流浓度与酸浓度相同，之后进行体积换算得到砷的浓度。发现水样中不加酸和加酸的检测浓度差别比较大，所以在样品分析时要保证在酸性条件下进行，能够排除酸度不同的干扰，得到精确的测定结果。

3.4.3 硫脲-血酸对检测结果的影响

将硫脲-抗坏液加入标准使用液和样品中，放置30min以上，然后进行测定。发现给定的中位值与加入硫脲-抗坏血酸后基本相同。这说明待测水样中有部分五价砷，此时需要加入硫脲-抗坏血酸进行还原反应。

3.4.4 准确度与精密度

本次实验共测定汞、砷标准物六次，误差均在允许范围内，测定的结果如下：

砷：531.25、527.88、531.25、539.13、545.13、538.87（μg/L）；

汞：15.00、14.60、14.98、15.00、15.12、15.13（μg/L）；

Rsd（%）：汞为1.3%；砷为12%。

砷、汞在天然水中含量微小，上述实验中的相对标准偏差可以满足水质监测的要求。

3.5 注意事项

灯电流和负高压增大时可提高仪器的灵敏度；但是灯电流和负高压过高则会影响其寿命，噪声也随之增大。考虑到仪器信噪比与灵敏度能满足分析要求时，应尽可能采用较低的负高压。观测高度太低时，原子化器的散射光将造成较高的背景值，灵敏度下降，所以观测高度不能太低。

4 结论

本文采用了AFS-8230型双通道原子荧光光谱仪测定水中的砷、汞，以此来说明原子荧光光谱法在水分析中的应用，对实验过程中仪器条件，硼氢化钾浓度以及酸度的影响等方面进行了探讨，找到了最佳分析条件。原子荧光光谱法操作简便，灵敏度高，检出限低，基体干扰少，是执行新的水质检测标准不可或缺的方法，值得推广和同行业借鉴。

[1]葛 菊.原子荧光光谱法同时测定饮用水中砷和汞[J].鞍山师范学报，2015（12）：34～35.

[2]李淑娆.应用AFS-8230型双道原子荧光光度计同时测定水中砷、硒[J].黑龙江环境通报，2015（02）：29～30.

[3]蔡鹏.浅谈原则荧光法测定地表水中的砷[J].科学之友（下旬刊），2015（04）：49～50.

O657.31

A

1004-7344（2016）26-0140-02

2016-9-3

汪庆华（1975-），男，主要从事水资源与水环境监测工作。