论文部分内容阅读
摘 要：采用便携式原子荧光光谱仪测定环境水样中的砷含量。在负高压、灯电流、载流浓度、载气流量等参数优化后，选择最佳的仪器条件，现场过滤、酸化环境水样后直接上机检测。0.5μg/L～8μg/L测定范围内，砷元素具有良好的线性关系，相关系数R=0.9999，实测检出限为0.0391μg/L，与国家环境保护标准要求相符合。该方法重复性良好，相对标准偏差为0.72%，砷元素加标回收率为93.3%～102.2%。该方法能够获取可靠性极高的分析结果，精密度良好，且该仪器具备小巧便携、高效快速等多种优势，在环境水质样品现场测定中适用。
关键词：原子荧光光谱仪;环境水样;砷含量;测定
中图分类号：O657.31 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）02-014-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.02.006
水体中日渐恶劣的重金属污染，给人们的生活生产带来了极大影响，水体污染监督与治理中，重金属监测成为了必要前提和依据。作为人体非必须元素之一的砷，三价砷化合物毒性极强，同时有机砷会毒害人体及生物。原子荧光光谱法在水体中金属检测方面发挥了显著作用，而在现代科技的带动下，诞生了小型化、便携化的原子荧光光谱仪。文章以环境水样为对象，建立了便携式原子荧光光谱仪检测砷含量的方法，通过结果得知該仪器能将水环境现场监测需求满足。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
PAF-1100型便携式原子荧光光谱仪;AFS-8230原子荧光光谱仪;AF-2200型原子荧光光谱仪[1];砷高性能空心阴极灯;超纯水机、电子分析天平、水系针头过滤器、移液器等。
砷单元素标准溶液（1000μg/mL），使用前用10%盐酸（v/v）溶液（含硫脲10g/L）逐级稀释，现场监测中使用等量固体酸压片;高纯氩气（99.99%）;环境水样;标准砷样品。
盐酸、固体酸压片，均为优级纯;硼氢化钾;氢氧化钾;硫脲。
用10%硝酸溶液浸泡所有器具，24h后用去离子水清洗干净，待用。
1.2 分析条件
主、辅阴极电流：75mA、0mA;负高压：380V;原子化方式（温度）：火焰法（200℃）;氩气流量：800mL/min;紫外灯电流：0mA;读数时间：13s;延时时间：2s;载流：5%（v/v）HCl或等量固体酸压片;KBH4浓度：20g/L，含KOH 2g/L;分析信号：峰面积;进样系统：恒温模式。
1.3 样品采集与处理
前往多个水域采集中层水样，置于聚乙烯塑料瓶内，采用便携式原子荧光光谱法对一部分展开现场监测，实验室分析剩余部分[2]。水样过滤后，精密量取10.0mL移至聚乙烯塑料小管，加入固体酸压片2片，摇动小管直至溶解为止，静置30min。
2 结果与讨论
2.1 标准曲线与检出限
完成分析条件的选择后，依次对标准空白溶液、标准系列溶液展开测定。以检出限公式为根据完成检出限的计算，得到如表1所示结果[3]。根据数据得知，0.5μg/L～8μg/L测定范围内，砷元素具有良好的线性关系，相关系数R=0.9999，实测检出限为0.0391μg/L，与国家环境保护标准要求相符合;0.5μg/L～50μg/L线性范围内，相关系数R=0.9996。
2.2 重复性与重现性
用2μg/L砷标准使用溶液展开重复性与重现性测试，重复进行7次检测，根据峰面积相对标准偏差对重复性进行衡量[4]。根据表2数据得知，该方法重复性良好，相对标准偏差为0.72%。
2.3 加标回收率
以空白环境水样为对象，依次采用0.60μg/L、3.00μg/L、6.00μg/L的加标浓度展开加标回收率测试，得到如表3所示结果。根据表中数据得知，砷元素加标回收率为93.3%～102.2%。
2.4 实际样品分析
根据上述方法，分别测定现场采集样品、水质环境标准样品[5]。通过实验后得知，现场采集样品中砷含量为33.36μg/L，根据砷浓度在环境标准中34.8±2.9μg/L的参考值得知，该结果处于不确定度范围内。在与实验室检测结果对比后，得知便携式原子荧光光谱仪适用于现场测定环境水质样品。
3 讨论
3.1 灯电流条件优化
65mA、70mA、75mA、80mA、85mA范围内，增大灯电流相应的也会提升砷荧光强度，但稳定性会降低。同时，如果灯电流过大，会缩短空心阴极灯使用寿命，所以确定为75mA的灯电流。
3.2 负高压条件优化
荧光强度与光电倍增管负高压间存在正比例关系。负高压每向上提升20V，荧光强度约会有一倍的提升，然而也会增加系统噪声。在考虑灵敏度的基础上，确定为380V的实验负高压。
3.3 延时时间与读数时间条件优化
以氢化物反应、不同浓度出峰情况等为根据，避免出现峰形超出读数时间的情况。本次实验中，延时和读数时间分别确定为2s、13s。
3.4 载气流量条件优化
载气流量初期确定为600mL/min～1000mL/min。通过实验得知，低流量时会影响荧光强度的稳定性。本身为密封设计的原子化器，当气流变化时会影响其火焰稳定性。在考虑响应稳定的基础上，选择800mL/min的载气流量。
3.5 载流浓度条件优化
选择固体酸压片作为载流，初期确定2%、5%、10%浓度。考虑到减少荧光猝灭、降低水汽等因素，故最终固体酸压片溶液浓度确定为5%。
3.6 硼氢化钾浓度条件优化
根据压制后的KBH4固体压片，分析KBH4浓度变化对荧光强度的影响。浓度10g/L以内，生成的氢气量不足，荧光值低同时稳定性不足。10g/L、20g/L浓度时，呈现出相对较高的峰面积。浓度为30g/L时，会降低荧光强度，此时会有较大的波动。因此，最终KBH4溶液浓度确定为20g/L（内含氢氧化钾2g/L）。
4 结语
文章以环境水样为对象，建立了便携式原子荧光光谱仪测定砷含量的方法，对比该实验结果和实验室结果，两者之间基本没有差异，表明该方法拥有同等于实验室检测的能力，与国家环境保护标准要求相适应，同时该仪器具备小巧便携、高效快速等多种优势，且精密度、准确度良好，在环境水质样品现场测定中适用。
参考文献
[1] 赵毅，王佳男.氢化物发生-原子荧光光谱法同时测定环境水样中的砷和硒[J].化工技术与开发，2017，46（7）：38-41.
[2] 渠淑萍，刘金荣，陈璐.便携式原子荧光光谱仪快速检测环境水样中的砷含量[J].分析仪器，2020（3）：67-70.
[3] 谢斌.原子荧光光谱法同时测定饮用水中砷和汞含量[J].海峡预防医学杂志，2020，26（2）：49-50.
[4] 陈阳.原子荧光光谱法同时测定环境水样中砷和汞[J].资源节约与环保，2020（1）：59.
[5] 黄岚.原子荧光光谱法测定矿区地下水中重金属元素砷和汞[J].世界有色金属，2018（23）：186-187.
关键词：原子荧光光谱仪;环境水样;砷含量;测定
中图分类号：O657.31 文献标识码：A 文章编号：1674-1064（2021）02-014-02
DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.02.006
水体中日渐恶劣的重金属污染，给人们的生活生产带来了极大影响，水体污染监督与治理中，重金属监测成为了必要前提和依据。作为人体非必须元素之一的砷，三价砷化合物毒性极强，同时有机砷会毒害人体及生物。原子荧光光谱法在水体中金属检测方面发挥了显著作用，而在现代科技的带动下，诞生了小型化、便携化的原子荧光光谱仪。文章以环境水样为对象，建立了便携式原子荧光光谱仪检测砷含量的方法，通过结果得知該仪器能将水环境现场监测需求满足。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
PAF-1100型便携式原子荧光光谱仪;AFS-8230原子荧光光谱仪;AF-2200型原子荧光光谱仪[1];砷高性能空心阴极灯;超纯水机、电子分析天平、水系针头过滤器、移液器等。
砷单元素标准溶液（1000μg/mL），使用前用10%盐酸（v/v）溶液（含硫脲10g/L）逐级稀释，现场监测中使用等量固体酸压片;高纯氩气（99.99%）;环境水样;标准砷样品。
盐酸、固体酸压片，均为优级纯;硼氢化钾;氢氧化钾;硫脲。
用10%硝酸溶液浸泡所有器具，24h后用去离子水清洗干净，待用。
1.2 分析条件
主、辅阴极电流：75mA、0mA;负高压：380V;原子化方式（温度）：火焰法（200℃）;氩气流量：800mL/min;紫外灯电流：0mA;读数时间：13s;延时时间：2s;载流：5%（v/v）HCl或等量固体酸压片;KBH4浓度：20g/L，含KOH 2g/L;分析信号：峰面积;进样系统：恒温模式。
1.3 样品采集与处理
前往多个水域采集中层水样，置于聚乙烯塑料瓶内，采用便携式原子荧光光谱法对一部分展开现场监测，实验室分析剩余部分[2]。水样过滤后，精密量取10.0mL移至聚乙烯塑料小管，加入固体酸压片2片，摇动小管直至溶解为止，静置30min。
2 结果与讨论
2.1 标准曲线与检出限
完成分析条件的选择后，依次对标准空白溶液、标准系列溶液展开测定。以检出限公式为根据完成检出限的计算，得到如表1所示结果[3]。根据数据得知，0.5μg/L～8μg/L测定范围内，砷元素具有良好的线性关系，相关系数R=0.9999，实测检出限为0.0391μg/L，与国家环境保护标准要求相符合;0.5μg/L～50μg/L线性范围内，相关系数R=0.9996。
2.2 重复性与重现性
用2μg/L砷标准使用溶液展开重复性与重现性测试，重复进行7次检测，根据峰面积相对标准偏差对重复性进行衡量[4]。根据表2数据得知，该方法重复性良好，相对标准偏差为0.72%。
2.3 加标回收率
以空白环境水样为对象，依次采用0.60μg/L、3.00μg/L、6.00μg/L的加标浓度展开加标回收率测试，得到如表3所示结果。根据表中数据得知，砷元素加标回收率为93.3%～102.2%。
2.4 实际样品分析
根据上述方法，分别测定现场采集样品、水质环境标准样品[5]。通过实验后得知，现场采集样品中砷含量为33.36μg/L，根据砷浓度在环境标准中34.8±2.9μg/L的参考值得知，该结果处于不确定度范围内。在与实验室检测结果对比后，得知便携式原子荧光光谱仪适用于现场测定环境水质样品。
3 讨论
3.1 灯电流条件优化
65mA、70mA、75mA、80mA、85mA范围内，增大灯电流相应的也会提升砷荧光强度，但稳定性会降低。同时，如果灯电流过大，会缩短空心阴极灯使用寿命，所以确定为75mA的灯电流。
3.2 负高压条件优化
荧光强度与光电倍增管负高压间存在正比例关系。负高压每向上提升20V，荧光强度约会有一倍的提升，然而也会增加系统噪声。在考虑灵敏度的基础上，确定为380V的实验负高压。
3.3 延时时间与读数时间条件优化
以氢化物反应、不同浓度出峰情况等为根据，避免出现峰形超出读数时间的情况。本次实验中，延时和读数时间分别确定为2s、13s。
3.4 载气流量条件优化
载气流量初期确定为600mL/min～1000mL/min。通过实验得知，低流量时会影响荧光强度的稳定性。本身为密封设计的原子化器，当气流变化时会影响其火焰稳定性。在考虑响应稳定的基础上，选择800mL/min的载气流量。
3.5 载流浓度条件优化
选择固体酸压片作为载流，初期确定2%、5%、10%浓度。考虑到减少荧光猝灭、降低水汽等因素，故最终固体酸压片溶液浓度确定为5%。
3.6 硼氢化钾浓度条件优化
根据压制后的KBH4固体压片，分析KBH4浓度变化对荧光强度的影响。浓度10g/L以内，生成的氢气量不足，荧光值低同时稳定性不足。10g/L、20g/L浓度时，呈现出相对较高的峰面积。浓度为30g/L时，会降低荧光强度，此时会有较大的波动。因此，最终KBH4溶液浓度确定为20g/L（内含氢氧化钾2g/L）。
4 结语
文章以环境水样为对象，建立了便携式原子荧光光谱仪测定砷含量的方法，对比该实验结果和实验室结果，两者之间基本没有差异，表明该方法拥有同等于实验室检测的能力，与国家环境保护标准要求相适应，同时该仪器具备小巧便携、高效快速等多种优势，且精密度、准确度良好，在环境水质样品现场测定中适用。
参考文献
[1] 赵毅，王佳男.氢化物发生-原子荧光光谱法同时测定环境水样中的砷和硒[J].化工技术与开发，2017，46（7）：38-41.
[2] 渠淑萍，刘金荣，陈璐.便携式原子荧光光谱仪快速检测环境水样中的砷含量[J].分析仪器，2020（3）：67-70.
[3] 谢斌.原子荧光光谱法同时测定饮用水中砷和汞含量[J].海峡预防医学杂志，2020，26（2）：49-50.
[4] 陈阳.原子荧光光谱法同时测定环境水样中砷和汞[J].资源节约与环保，2020（1）：59.
[5] 黄岚.原子荧光光谱法测定矿区地下水中重金属元素砷和汞[J].世界有色金属，2018（23）：186-187.