原子荧光法同时测定土壤中砷和硒的方法比较及注意事项

张翠荣，杨海燕

（咸阳市环境监测站，陕西 西安 712000）

当前，人们已经研究出了多种技术对土壤中砷和硒的含量进行测定。例如，在需要测定土壤中硒的含量时，可选用的标准测定方法有分光光度法、原子吸收法、原子荧光法等；而在测定土壤中砷的含量时，可选用的标准测定方法有原子荧光法、原子吸收法、荧光法等。以上这些方法各有特点，且在正式处理之前对样品的前处理也有着很大区别。同时，这些技术在应用中无法同时对土壤中砷和硒的含量进行有效测定，其整个分析过程也较为繁琐复杂。这些缺点对于土壤的批量分析有着非常不利的影响，经综合考虑之后，本文利用盐酸与高氯酸的特性对采集到的土样进行一次消解实验。当消解完毕之后，再通过原子荧光光度法对土壤中砷和硒的含量进行有效测定。整个实验在实际进行的过程中，所采取的方法相对较为简单，且经过与其他技术测得的最终结果对比之后，本文所提出的方法其测定结果非常准确[1]。

1 实验原理

原子荧光光度法在实际应用的过程中，主要是根据以下原理对土壤样品中的特定元素含量进行有效测定。

（1）首先，当基态原子在运动的过程中吸收到来自特定频率的辐射后，可发生变化，即被激发成具有高能态的原子。而激发态的原子在返回基态或是较低能级的原子时，将会以光辐射的形式向周边环境散发出具处于有特定波长的荧光[2]。这时可以通过一定的方式方法对实验条件进行合理化控制，使荧光的具体强度位于合理的范围当中，进而让荧光强度与被测元素的含量呈现出正比关系。而研究人员还可以通过对荧光强度的判断来推测被测元素的含量。同时，根据这一原理还可以对土壤中特定元素的具体含量进行有效测定。其次，当土壤样品在收集完毕后，可将其放入到硝酸与高氯酸的混酸中进行处理，再通过硝酸与高氯酸中离子的作用使土壤中的有机物发生化学变化。而土壤试样中的As和Se将在酸的作用下被氧化为As5+和Se6+，并且和酸中的相应离子结合。最终以H3AsO4以及H2SeO4的形式存在。最后，在土壤样品放置一段时间后，其中含有的As和Se会完全被酸液反应掉从而进入到待测溶液中。当经过特定的时间后，研究人员应向待测试液中加入硫脲-抗坏血酸，再通过其化学性质以及特定的离子使As5+和Se6+发生还原反应。具体来说就是As5+将还原为As3+，而Se6+将被还原为Se4+。同时，As3+、Se4+以及KBH4将会在酸性介质当中产生氢化反应，最终被还原生成AsH3和SeH2。具体的反应公式如下所示：

（2）在反应过程中生成的气态AsH3与SeH2将会在较短的时间内与溶液分离。然后将原子化器进行预热处理，再以氩气为载气将AsH3与SeH2放在原子化器内，而在原子化器内部，氢气与氩气一旦交汇便会产生非常明显的氩氢火焰。这些氩氢火焰经过空心阴极灯的照射后，可以使AsH3以及SeH2产生分解进而生成单质As以及单质Se。且对于处于基态的As、Se原子来说，当被实验人员经过一定的技术手段激活为高能态之后，便可以对土壤中As和Se进行有效测定。具体来说，是需要通过应用一些有效的设备让处于高能态的As、Se原子去活化，进而再返回到激发态中。同时，在原子状态发生变化的过程中，将会持续向空气中发射出特定波长的荧光波。而荧光波的强度和土样中As、Se的含量有着非常密切的关系。具体而言，这两者之间会呈现出正比关系，而在求取荧光的具体强度时也可以通过下面的公式（1）进行求取：

其中，If表示荧光强度；K表示摩尔消光系数；C表示浓度；b为常数。

2 试验材料与方法介绍

2.1 主要仪器与试剂

为了使该项实验能顺利进行，经过全面对比以及选择之后，本文最终选定AFS-830双道原子荧光分光光度计[3]。该分光光度计是由北京吉天公司生产，其精度高且价格相对较为便宜；而As、Se特种空心阴极灯是由北京有色金属研究总院研发生产，在实际应用中可很好的保障实验效果。此外，实验中所用的试剂主要有2%硼氢化钾～0.5%氢氧化钠溶液；100 g/L硫尿溶液；As、Se混合标准使用液：浓度均为100 g／L；氩气纯度99.99%；硝酸、盐酸、高氯酸、硼氢化钾需为优级纯等级；硫脲、氢氧化钾需达到分析纯等级。

2.2 土样制备与样品消解

第一步，制备土壤样本。结合实验精度要求与实验方案取适量未经处理的土壤样本，去除其中的石块与植物残渣等异物，然后将经过初步筛选的土样置于阴凉位置进行自然风干处理。待土样充分风干后进行研磨处理，然后使用规格为100目的尼龙筛进行筛选，以提高土壤颗粒粒度的均匀性。筛选后将土样分为两部分，一部分用于测定含水率，另一部分则暂存待用。

第二步，消解土壤样本。在进行该部分实验时，试验人员需要使用经校正检验的电子秤精确称量1 g样本。需要注意的是，为了提高实验结果的精确度需要选择精度为0.000 1 g的电子秤。称取完毕后，将土样倒入250 mL的聚四氟乙烯坩埚中，然后向聚四氟乙烯坩埚中加入10 mL的硝酸和2 mL的高氯酸。当酸液添加完毕盖上表面皿后，需将聚四氟乙烯坩埚置于电热板上进行加热，要在通风良好的条件下进行土壤样本消解操作。在实验过程中，当试液的体积开始减少，并且样品的颜色开始向黑色转化后，实验人员需及时补充适量的硝酸到聚四氟乙烯坩埚中，然后再继续对其加热。待温度上升到200 ℃后，使用夹子移去表面皿，等待聚四氟乙烯坩埚中的高氯酸完全蒸发且聚四氟乙烯中剩余的固体物质呈现出灰白色后，再用夹子取下聚四氟乙烯坩埚，并在试验温度下对其进行冷却，当冷却到正常温度后向烧瓶中加入6 mol/L的盐酸4 mL，并再次对其进行加热处理。当烧瓶中的溶液处于沸腾状态后，用夹子取下烧杯，在室温下待其自然冷却后，再通过定量滤纸将烧杯中的物质过滤到50 mL的容量瓶中，然后向容量瓶中加入去离子水将容量瓶中的液体进行稀释。为了保障后续测定结果的准确性，应通过滴管的作用将溶液定容到容量瓶刻度线上。在完成该项工作后，将其放置在实验台相应的位置以方便后续使用。

2.3 仪器设置条件及测量条件

在实验中，为保障实验结果的准确性，实验人员需将光电倍增管的电压调节为300 V，As、Se灯的电流应分别通入60 mA与80 mA的电流。同时，为满足实验需求，实验人员应将原子换气的整体高度设置为8 mm，具体的载气流量应设置为400 mL/ min，还应将屏蔽器的流量设置为900 mL/min。在读数的过程中，设置的具实际时间应设置为10 s，但在读数时应注意要将时间延迟1 s。而整体断续流动吸入样品时间应保持在10 s，但断续流动吸入载流所需时间应控制在18 s。还有，进样体积则需维持在0.5 mL。在测量中，所选取的测量技术经综合考虑后，最终选定标准曲线法。而实验中所采取的积分方式为较为准确的峰面积分析法，再重复一次。实验中选用的还原剂考虑到实际还原效果最终选定20 g/L的氢化钾溶液。而对于载流液来说，为了让实验能顺利地进行下去最终选择5%的盐酸溶液。

2.4 实验方法

2.4.1 样品测定

（1）土壤样品在消解坩埚中经消解定容后，通过自动定量加液器向原子荧光分光光度计中的氢化物发生器移入5.0 mL样品与4.0 mL KBH4溶液。同时，为有效控制溶液流速、进样精度一致性，可使用可编程蠕动泵来控制进样。本实验调整流速为0.5 mL/s，是为了控制原子荧光分光光度计在进样过程中每间隔一定的时间记录一次相对荧光强度值，然后从生成的校准曲线上确定对应As、Se浓度。

（2）根据实验室所制定的标准操作流程对各类仪器的工作条件进行合理化调整，从而保证测定土壤样本中Se含量的准确性。同时，为了对实验进行准确对比，需要在实验的过程中额外设置一项空白实验。由于土壤中Se属于微量元素，本底值较低因而可以直接通过实验测定。相比于Se而言，土壤中的As含量要高出数十倍甚至上百倍，因此，测定土壤中As含量时需对其进行一定的预处理，以提高最终实验结果的准确度。预处理操作如下：取出5 mL的消解液倒入50 mL的比色管中，然后加入50 g/L的硫脲-抗坏血酸混合溶液10 mL、浓盐酸5 mL，并且用去离子水将混合液体稀释到50 mL。为了保证预处理操作涉及的化学反应的完全性，需等待约20 min左右，然后使用定量加液器从反应器皿中取出5 mL的消解电容，待工作完成后所获得的样品加入到原子荧光分光光度计的氢化物发生器中，然后再向其中加入4 ml的硼氢化钾溶液。需要注意的是，根据实验室所制定的仪器操作流程，当一切测量条件调整完毕后，再对土壤样品中的As含量进行有效测定，同时要保障分析全程序空白。

2.4.2 校准曲线的绘制

在绘制校准曲线时，实验人员需准确吸取As、Se的标准使用液，并将其加入到50 mL的比色管中，再利用5%浓度的硫酸盐酸溶液将其稀释到指定的刻度上，摇匀处理之后分别匹配浓度为0.00 µg/L、10.00 µg/L、20.00 µg/L、40.00 µg/ L、80.00 µg/L、160.00µg/L 的As混合标准溶液，以及0.00 µg/ L、1.00 µg/L、2.00 µg/L、4.00 µg/L、8.00 µg/ L的Se标准混合溶液。并且，要按照指定的操作流程对仪器进行操作，当各类实验仪器的工作条件调整完毕之后，再对这些标准混合溶液的具体含量进行有效测定。

2.4.3 土壤样品中As、Se含量的计算

土壤样品中As、Se含量的测定可通过下面的公式（2）得到：

其中，ω单位为（mg/kg）；c表示试液吸光度减掉空白试验吸光度后的值在标准曲线中对应的As与Se浓度（单位：μg/ L）；υ表示试液体积；m表示试样质量；f 表示风干土样的含水量。

3 试验结果评价

3.1 方法检出限计算

在测定中，实验人员只需要对标准曲线的空白溶液测量15次以上，机器便会自动绘制出校准工作曲线。具体需要通过下面的公式（3）与公式式（4）计算出检出限：

其中，

3.2 方法精密度与准确性

根据本文所提出的方法对5个区域的土壤样品进行5次平行测量，然后通过下面的公式（5）进行计算，可得到相对标准偏差（RSD）。其土样测定方法的精密度测定结果详见表1。

SD表示标准偏差，即连续测量15次荧光信号的标准偏差。

X表示测定n次后所有数据的算术平均值，n表示测定次数。

再将表1中的数据代入公式（4）、（5）、（6）中进行计算，对照国家土壤标准样品测定结果，得到土样中As的相对标准偏差（RSD）在3.57%～4.42%的范围内；土样中Se的相对标准偏差（RSD）在4.77%～6.10%的范围内。由于测定结果符合标准土壤样品中关于As与Se的保证值范围，因此，认为试验结果具有良好的准确度。

表1 土样测定的方法精密度测定结果

3.3 加标回收率的测定

对样品ESS-2以及ESS-4分别进行5次平行测定实验，测定值及方法精密度测定结果如表1所示。在5个土壤样品中分别加入2 mLAs标准使用液（1 000 µg/L）和1 mLSe标准使用液（100 µg/ L），对其进行加标回收处理，加标回收测定值详见表2。

表2 土样加标回收测定值

根据表2数据计算可以得到，As的加标回收率在93%～106%之间，Se的加标回收率则在91%～106%之间，这充分说明本文所提出的方法有很高的准确度。

3.4 杂质的干扰及消除方法

为了有效保障最终结果的准确性，在实验过程中，实验人员应尽最大努力消除一些杂质元素对实验结果的影响。尤其重要的是，要采取一些可行措施全面消除As、Se测定中产生的干扰，只有这样才能让最终结果满足人们的特定需求。为了达到这一目的，在进行实验时，需向器皿中加入硫脲-抗坏血酸混合液。这种液体在特定工作中有着非常重要的意义，不但可以作为还原剂，还可以作为掩蔽剂进行使用。该液体可以很好的抑制Sb、Zn、Sn等元素与KBH4产生反应，可有效保障最终结果的准确性[4-5]。

3.5 注意事项

在对As、Se进行痕量分析的过程中，应有效保障实验中使用的去离子水和试剂的纯度。如果酸的程度无法达到指定需求时，则会导致空白实验不稳定，且工作曲线的线性也无法得到有效保障。因此，在酸性溶液使用前，要准确检验其含有的杂质。而硼氢化钾溶液应现用现配，只有这样才能保障最终实验的准确性。

4 结论

本文采用原子荧光光度法对土壤中As、Se的含量进行了准确测定，经过大量实验最终发现，本实验的精确度可以满足土壤环境监测分析工作的需求，是一种切实可行的土壤分析法。