環(huán)境監(jiān)測中原子熒光法測定砷和汞的分析

丁 偉

（安徽晟創(chuàng)檢測技術(shù)有限公司，安徽 合肥 230000）

自然環(huán)境中存留的砷和汞這兩種污染物質(zhì)的來源主要是廢棄電池、噴灑農(nóng)藥以及煤礦生產(chǎn)等，這些有毒元素能夠自地表逐漸滲透至地下較深的位置。這兩種污染物質(zhì)能夠?qū)π笄莺娃r(nóng)作物帶來較為直接的消極影響，進而通過多種途徑進入人體，危害健康。為了從根本上避免此類現(xiàn)象的產(chǎn)生，對環(huán)境中砷和汞的含量進行測定是一項至關(guān)重要的工作，在此期間，使用到的方法主要為原子熒光法。

1 原子熒光法測定砷和汞的原理分析

當(dāng)測定砷和汞這一類有毒元素的含量時，比較常見的一種方法即為原子熒光法。在該方法應(yīng)用期間，鹽酸-硝酸試劑是最主要的試劑類型，能夠?qū)z測樣品進行有效的消解處理，與此同時，還可以在酸性條件下通過硼氫化鈉或者是硼氫化鉀還原樣品中存在的汞因子，進而得出汞原子。在對砷元素進行還原時，使用到的試劑則主要是硼氫化鉀和硫脲，可以將樣品中存在的砷因子轉(zhuǎn)變?yōu)樯榛瘹?。?dāng)將砷化氫和汞原子經(jīng)過氬氣之后放置到原子化器中之后，依托于砷空心陰極燈的照射作用能夠出現(xiàn)原子熒光，而樣品中所含有的被檢測元素的實際含量越多，原子熒光本身的光照強度就會越強[1]。這一過程的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

2 多種環(huán)境監(jiān)測中原子熒光法測定砷和汞的實驗分析

2.1 大氣環(huán)境監(jiān)測中原子熒光法測定砷和汞的實驗

2.1.1 實驗設(shè)備與試劑

在對大氣環(huán)境中存在的砷含量和汞含量進行測定時，進行的實驗中使用到的儀器設(shè)備如下：第一，原子熒光光譜儀；第二，感量0.001和0.000 1的電子天平；第三，砷空心陰極燈和汞空心陰極燈；第四，微波消解儀；第五，全自動大氣采樣器；第六，玻璃纖維濾膜；第七，趕酸器。除多種實驗儀器與設(shè)備之外，在此次實驗中，還涉及多種實驗試劑的使用，具體如下：第一，砷標準儲備液和汞標準儲備液，二者的配置比例均為每1 mL水中配置1.00 mg；第二，氫氟酸、硝酸、1%硼氫化鉀、硼酸溶液、氫氧化鈉溶液以及高純氬氣等等；第三，此次試驗中所使用到的水為超純水。

2.1.2 儀器工作條件

在具體開展砷和汞測定實驗期間，相應(yīng)的設(shè)備需要在相對良好且適宜的條件下運轉(zhuǎn)和工作，相應(yīng)的條件指標如下：在原子熒光光譜儀工作期間，原子化器的高度需要保持在8 mm，儀器工作期間的負高壓需要處于280 V。砷空心陰極燈與汞空心陰極燈的電流則分別需要保持在60 mA和30 mA，屏蔽氣流量與載氣流量應(yīng)當(dāng)分別處于800 mL/min和300 mL/min。實驗過程中的讀數(shù)時間共計10 s，延遲時間則為1 s。

2.1.3 采集與處理實驗樣本

在工作人員明確樣本的具體采集地點之后，即可以在已經(jīng)完成玻璃纖維濾膜配置的前提下，通過采集器開展采集樣本的工作。具體而言，在采集大氣樣品的過程中，工作人員一般需要進行空氣的抽取，在抽取的過程中需要始終保持在相同的速度，待到抽取500 L之后，即可以結(jié)束樣品的采集。值得一提的是，在進行空氣樣品采集的過程中，工作人員還要對當(dāng)時的氣象情況以及相應(yīng)的參數(shù)進行詳細的記錄，例如風(fēng)速、空氣濕度、溫度以及氣壓等等。在結(jié)束樣品采集工作之后，需要將玻璃纖維濾膜摘取下來并進行妥善保存，將其帶到實驗室內(nèi)部開展微波消解處理。這一操作的具體流程是：剪碎玻璃纖維濾膜，并將其投放到微波消解器中，同時將2 mL的氫氟酸和6 mL的硝酸一起放入微波消解器中[2]。在此之后，將微波消解器的溫度調(diào)至120～180 ℃，同時保證儀器功率處于1 000～1 200 W，在這樣的條件下進行5～8 min的消解處理。在完成消解處理之后，需要將檢測樣品進行冷卻，待到樣品溫度與室溫保持一致之后，即可以通過趕酸器完成接下來的檢驗工作。此后，工作人員需要使用硝酸溶液完成相應(yīng)的定容，最終使用原子熒光光譜儀完成樣品中砷含量和汞含量的測定。

2.1.4 實驗結(jié)果與討論

在稀釋處理砷標準儲備液和汞標準儲備液之后，可以獲取到標準中間液，這種標準中間液本身的濃度為50 μg/L。實驗人員對這兩種標準中間液進行分次提取，每次的提取劑量需要存在一定的差異，分別是1.00 mL、3.00 mL和10.00 mL等。與此同時，借助硝酸溶液對提取的標準中間液進行定容，使之變?yōu)?00 mL，如此一來，就可以獲取到濃度不同的砷標準曲線溶液和汞標準曲線溶液，這兩種溶液中均包含三種濃度的類型，分別是0.50 μg/L、1.50 μg/L和5.00 μg/L。將這些溶液以標準曲線溶液濃度作為依據(jù)，按照從濃至淡的方式完成相應(yīng)的測定，就可以生成砷和汞的標準曲線線性方程和與之相關(guān)的系數(shù)。如此一來，即可以通過計算采樣體積和測定空白溶液的方式獲取到大氣環(huán)境中的砷檢出濃度與汞檢出濃度，這種方法在應(yīng)用期間所使用的相關(guān)參數(shù)如下表1所示。

表1 標準曲線相關(guān)參數(shù)

為了能夠進一步掌握原子熒光法測定砷和汞的精密程度，實驗人員提取了5.00 mg/L的溶液開展了相應(yīng)的測定，就生成的結(jié)果來看，所測定的砷物質(zhì)的平均數(shù)值為4.8 μg/L，相對標準偏差數(shù)值則為1.5%；而測定汞物質(zhì)的平均含量為5.1 μg/L，這一物質(zhì)的相對標準偏差數(shù)大致為1.7%。由此可見，在應(yīng)用原子熒光法對大氣環(huán)境中的砷含量和汞含量進行測定時，所生成的測定結(jié)果本身的精密度處于較高水準。除此之外，為了檢驗本次實驗是否與相關(guān)的標準和要求相符合，實驗人員在微波消解器中放入了未經(jīng)樣品采集的空白玻璃纖維濾膜，在消解之后同樣對其進行了定容處理，并在定容之后生成了幾種濃度存在差異的空白樣品，以此檢驗試驗回收率。通過這一操作生成的結(jié)果來看，當(dāng)砷溶液加標量處于1.00 μg/L時，此時實驗的回收率達到了95%；當(dāng)砷溶液加標量處于3.00 μg/L時，此時實驗的回收率達到了104%；當(dāng)砷溶液加標量處于8.00 μg/L時，此時實驗的回收率達到了97%。當(dāng)汞溶液加標量為1.00 μg/L時，此時實驗的回收率達到了98%；當(dāng)汞溶液加標量為3.00 μg/L時，此時實驗的回收率達到了103%；當(dāng)汞溶液加標量為8.00 μg/L時，此時實驗的回收率達到了97%。

2.2 土壤環(huán)境監(jiān)測中原子熒光法測定砷和汞的實驗

2.2.1 實驗設(shè)備與試劑

在通過原子熒光法對土壤環(huán)境中的砷含量和汞含量進行測定時，使用到的實驗儀器與設(shè)備基本與大氣環(huán)境測砷和汞時所使用到的儀器設(shè)備保持相同。不過使用的實驗試劑與藥品更加多樣。除了大氣環(huán)境監(jiān)測中涉及的砷標準儲備液、汞標準儲備液、純硝酸以及超純水之外，還會使用到純鹽酸、0.5%氫氧化鉀、2%硼氫化鉀、5%抗壞血酸溶液、5%硫脲溶液以及硫脲與抗壞血酸混合溶液等等。

2.2.2 儀器工作條件

在進行土壤環(huán)境中砷含量和汞含量的測定時，原子熒光光譜儀的原子化器高度、砷空心陰極燈、汞空心陰極燈、測定方式、讀數(shù)方式以及延遲時間均需要與大氣環(huán)境監(jiān)測實驗中的儀器工作條件保持一致。而在此實驗進行期間，需要調(diào)整的實驗條件有：原子熒光光譜儀的負高壓需要保持在270 V，屏蔽氣流量和載氣流量則分別需要處于900 mL/min和400 mL/min。加熱溫度需要處于200 ℃，讀數(shù)時間設(shè)定為9 s。

2.2.3 采集與處理實驗樣本

在實驗進行之前，同樣需要進行實驗樣品的采集，在采集土壤樣品的過程中，需要注重采集點位的分散性。在完成樣品采集之后，實驗人員還需要預(yù)處理采集到的土壤樣品。而在處理的過程中，水浴消解和微波消解是兩種比較常用的方式。

具體來說，在使用微波消解對土壤樣品進行預(yù)處理時，需要提取0.3 g的土壤樣品，并使用超純水將這些土壤樣品進行浸潤，并將其放入到通風(fēng)柜中，之后在其中按照前后順序依次滴放6 mL的鹽酸溶液和2 mL的硝酸溶液，待到多種物質(zhì)彼此之間的接觸足夠充分之后，就可以將其放置到微波消解器中，先進行10 min的消解，這段消解時間的溫度需要保持在150 ℃，之后將消解器的溫度進行調(diào)整，使之達到180 ℃，并繼續(xù)進行25 min的消解。在此之后，取出樣品，使其溫度與實驗室內(nèi)部溫度保持一致，將經(jīng)過微波消解之后的溶液通過履職進行過濾，同時使用實驗用水洗滌容器，并將生成的洗滌液和過濾液共同置于容量瓶中完成相應(yīng)的定容。此后，以原子熒光光譜儀本身的測量要求作為基礎(chǔ)，測定砷含量與汞含量。

在使用水浴消解方法對土壤樣品進行預(yù)處理時，同樣需要從土壤樣品中提取0.3 g，并用超純水將這些土壤浸濕，之后通過由鹽酸和硝酸混合而來的王水對這些土壤樣品加熱直至溶解，一般來說，溶解時間需要達到2 h。在完成樣品的冷卻、稀釋處理以及定容之后，即可以進行接下來的測定土壤中砷含量和汞含量的實驗流程。

2.2.4 實驗結(jié)果與討論

在分析土壤環(huán)境中測定砷含量和汞含量的實驗結(jié)果時，將熒光強度作為Y軸，砷元素含量和汞元素含量則分別作為X軸，按照這種形式生成相應(yīng)的砷標準曲線與汞標準曲線。其中，砷標準曲線線性方程為：

汞標準曲線線性方程則為：

這兩種標準曲線線性方程的相關(guān)系數(shù)分別為1.000和0.999，在使用原子熒光法對土壤樣品中的砷含量和汞含量進行測定時，共借助了5次平行處理，這5次平行處理的結(jié)果如表2所示，共包含微波消解處理條件下和王水處理條件下的砷含量和汞含量測定結(jié)果。

表2 兩種消解處理條件下的砷與汞測定結(jié)果

通過對這兩種不同消解處理條件下的結(jié)果進行比較之后可以發(fā)現(xiàn)，使用微波消解處理方式所測定的結(jié)果本身的準確性可以達到更高水準。與此同時，在經(jīng)過加標回收實驗之后可以發(fā)現(xiàn)，在微波消解處理條件下所進行的測定砷含量和汞含量的實驗回收率可以保持在98%～103%，實驗結(jié)果準確性高，且回收率也較為理想。

3 環(huán)境監(jiān)測中原子熒光法測定砷和汞的注意事項

3.1 科學(xué)選擇與處理樣品

為了保證原子熒光法在實際應(yīng)用之后生成的結(jié)果足夠精準，關(guān)鍵即在于選擇的樣品是否足夠恰當(dāng)，這是保障結(jié)果準確有效的重要基礎(chǔ)和必要前提。就現(xiàn)階段的環(huán)境檢測工作來看，需要對砷含量和汞含量進行檢測的情況主要包含固體廢棄物、水體環(huán)境、空氣環(huán)境以及土壤環(huán)境等等。舉例來說，在土壤環(huán)境監(jiān)測中，為了確保最終生成的結(jié)果足夠精準，同時具備充足的價值，在布設(shè)檢測樣品采集點位的過程中，需要遵守分散化的原則，確保采樣點位足夠分散，將被檢測區(qū)域土壤受污染的真實狀況進行更加精準、更加全面地反映出來。在完成檢測樣品的采集之后，還需要對其進行合理的處置。立足于測定結(jié)果的準確程度、檢測流程對環(huán)境造成的負面影響以及整體操作的難易程度等多個角度，本文認為微波消融法這種方式能夠產(chǎn)生更加良好的效果，一方面，其可以實現(xiàn)樣品消解周期的有效縮短，另一方面，還可以實現(xiàn)檢測期間酸性試劑用量的有效縮減，成本節(jié)約效果比較良好[3]。

3.2 選擇測量條件

除了對樣品進行合理采集和科學(xué)處理之外，還應(yīng)當(dāng)選擇更加適宜的測量條件，為檢測工作的進行創(chuàng)造有力的支撐條件。在此期間，工作人員需要將測量所用的設(shè)備和儀器進行有效的調(diào)試，保證其可以處于最良好的工作狀態(tài)，從某種程度上來看，這對于實驗結(jié)果精密度和準確度的提升也可以產(chǎn)生一定的積極影響?？傮w而言，在使用原子熒光法對環(huán)境樣品中存在的砷含量和汞含量進行檢測時，還會涉及負高壓、燈電流、載氣流量等多項條件，各項相關(guān)測量條件的最佳指標如表3所示。

表3 原子熒光法測砷和汞的最佳測量條件指標

4 結(jié)論

綜上所述，由于砷和汞本身存在著熒光特性，因此在檢測環(huán)境中存在的這兩種元素時，即可以采用原子熒光法，該方法可以對大氣環(huán)境、土壤環(huán)境以及水體環(huán)境等多種中存在的砷和汞的含量加以有效測量，從而達成直觀掌握檢測區(qū)域環(huán)境中具體的砷含量和汞含量的目的，為后續(xù)進行的環(huán)境治理工作創(chuàng)造更加良好的條件，提供相應(yīng)的依據(jù)和參考。原子熒光法在實際應(yīng)用時獲取結(jié)果的速度較快，且結(jié)果的準確率和精度也處于較高水準。