原子荧光光谱仪测定环境水样中的砷含量

原子荧光光谱仪测定环境水样中的砷含量

玛日耶姆·图尔贡2.帕丽旦·玉素甫江3.魏坪

1.新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院   新疆   831100

2.新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院   新疆   831100

3.新疆维吾尔自治区产品质量监督检验研究院   新疆   831100

【摘要】：原子荧光光谱法可以用于多种元素的同时分析测定。使用原子荧光光谱仪对砷、硒、锡、锑、汞、铋和锗等元素进行检测时具有检出灵敏度较高且检出限低的优点，是测定微量元素最成功的分析方法之一。用原子荧光光谱法测定环境水样中的砷时干扰较小、线性范围较宽且光谱较简单。

【关键词】：原子荧光光谱仪；环境水样；砷含量

引言

砷是一种富集性很强的有毒元素，其污染主要来自矿山、肥料、煤矿、农药和电池工业，致使有毒元素在环境水体和土壤中扩散，再通过食物链传递至人体，人体长期摄入会引起较严重的砷中毒，因此砷是水质和土壤质量评价的必测元素。

1.原子荧光光谱分析技术概述

1.1工作原理

原子荧光光谱法的工作原理是由于待测元素的原子蒸汽在吸收合适的特定频率辐射后，将由基态被激发至高能态，随后重新回到低能态并在此过程中发射出特定波长的荧光，根据测得荧光的强度即可对待测元素的含量进行分析。原子荧光光谱分析技术是基于原子发射光谱和原子吸收光谱发展壮大的，它既具备了两种分析方法的优点，又克服这两种方法存在的不足之处[1]。原子荧光光谱法的测样灵敏度高于原子吸收光谱法，发射谱线简单、线性范围较宽且干扰较少，能够同时对多种元素进行分析测定，但是能够用其进行测定的元素种类有限。

1.2仪器研究

原子荧光光谱仪是一种精密仪器，其可用于痕量元素的测量。为了确保原子荧光光谱仪测量样品的结果准确性，操作者在使用原子荧光光谱仪进行分析之前应当仔细地阅读仪器的说明书。除了要懂得仪器的正确操作步骤以外，还应对仪器进行定期的维护和保养，并在仪器使用过程中逐渐积累和增长仪器的操作经验和故障排除能力，以保持仪器测样时的高灵敏度、提升仪器运行的稳定性并延长仪器的使用寿命[2]。

多年来学者们致力于原子荧光光谱仪的理论和实际应用研究，研究出了原子荧光光谱法(HG-AFB)分析技术，并在多个领域广泛应用。HG-AFS技术因其具有测量元素光谱简单、仪器灵敏度高、线性范围广且可同时测量多个元素等优点，近几年被广泛地应用于环境检测中砷、汞、硒、铋、锑等微量元素的测量。HG-AFS的原子化器是一个电加热石英管，在酸性条件下含有待测元素的溶液与硼氢化钾或硼氢化钠混合后可生成氢化物气体(如砷化氢等)，由于不同价态元素的氢化物生成条件不同，因此HG-AFS还可以对待测元素的价态进行分析[3]。随着可测量元素种类的不断增加，原子荧光光谱分析技术也在不断地创新改善，这对环境监测中微量元素的测量有着非常重大的作用。

2.砷的测定

砷作为一种非金属，是人体非必要元素，砷元素毒性较低，但砷的化合物却都有剧毒。砷可以通过消化道、呼吸道以及皮肤接触进入人体。慢性砷中毒可能引起消化系统、神经系统异常甚至皮肤发生病变，同时砷具有致癌作用，能引起皮肤癌。因此，对水中砷含量的测定将直接关系到人类健康问题。当前，对砷含量的测定主要有砷斑法、分光光度法、电感耦合、氢化物原子荧光法、离子体质谱法等。对于环境水样中砷的测定多采用氢化物原子荧光法，一般使用盐酸、硝酸或硫酸等强酸进行湿法消解，其中盐酸、硝酸、硫酸或高氯酸的浓度可控制在2%~25%。在一定的酸度下，加入硫脲(必要时为消除某些金属元素的干扰可加入部分抗坏血酸)，硫脲作为一种还原剂可将As5+还原为As3+，与KBH4作用下生成气态氢化物(AsH3），被原子荧光仪捕捉测定。GB5750-2006中对生活饮用水的检测也是利用该方法。研究表明：辅助介质的种类和酸性强弱对测定结果影响不大；KBH4的浓度在1%-5%皆可，若低于1%则不能产生很好地荧光[4]。通过实验可以看出该方法测定饮用水中痕量砷具有操作快速、准确、简单、灵敏度高的优点，具有很高的实用价值，能满足环境水样监测的日常分析要求。

3.原子荧光光谱仪测定环境水样中的砷含量

3.1测量设备和测定原理

我们采用的测定方法是原子荧光标记法，试验环境温度为(20±5)℃，相对湿度控制在70%以下。测量过程为：先风干、称取样品溶液，然后消化溶解、定溶，最后通过AFS的检测获得结果。同时，我们要核定标准溶液的AFS工作曲线，一起得出结果后进行综合对比，从而分析出其中的问题所在。

3.2砷光谱中的不确定来源

在原子光谱测定中，对于样本中的砷含量产生不确定影响的根本原因就在于对原材料的重复使用，这也是导致工作曲线出现不稳定发展的根本因素。利用模拟工作曲线确定标准溶液的标准。在工作曲线的荧光值测定中，需要对标准溶液的浓度进行荧光性评定。在最小乘法模拟中，斜率计算依据为[5]：

其中x和y为残差一级残差的乘积。这样我们就可以得出一个比较准确的荧光测量偏差值，这对整体的曲线表达来说具备一定的校准意义。

在评定不确定来源时，对于标准液的不确定因素，主要是利用稀释标准曲线来控制浓度，从而得出砷的含量。从不确定度中分析出其基本结构，而我们在计算合理自由度时，也可以将自由度近似为∞。

我们在确定体积的引入标准时，也需要针对容量瓶的容积引述额定温度下的体积。在玻璃瓶的鉴定中，确保其安全效益以后，才能够进一步研究其分布图系。通过假设服从分布，然后计算出其随温度变化的系数k。在这一计算过程中，需要重复测定砷各项含量的不确定度定向。

3.3砷的预还原研究

砷的预还原氢化物依赖于本身的化合价，而氢化物的预还原也是为了防止其主要的离子不被进一步还原。我们根据还原的性质可以进一步分析得出，盐酸会对溶液的样品性质产生一定的影响。

在样品处理中，我们应用蒸汽处理来处理砷的样品，通过回收法进行样品采集，最后通过光谱仪进行检测，确定光谱处理中的一些问题，确保其在结构分析上能够更好地完成相应的通道测试，而试验的结果也表明其中并无明显的差异。

当水的体积膨胀以后，我们就需要考虑到温度的生产效益问题，这是对生产效益问题进行分析的一项原则性标度引申。同时，在试样定容中，也需要消除还原性影响，通过分析标准的定度关联影响，也能更好地完成其还原方面的进一步研究。

在最佳的试验分析中，我们需要单独分析同位素。而在对照中，也能够很好地分析出其中的差别，这是减少差异最简单的方法。

在检测的过程中，我们要对分样进行处理调查。而调查所示的三个样品能够很好地分析其在光谱研究中的差异。本文主要根据国家规定的相关数值进行对比。根据调查数据，我们可以简单地分析出其中的数据关系，对于其中的差异问题，也能评定出其中的样品差异，而其中地表水中杂质含量最多，所以其矫正过程要更复杂一些。

结语

基于原子荧光光谱法的原理发展出一种灵敏和可靠的重金属在线监测方法，在仪器的核心部件、结构组成、信号处理等诸多方面做了创新性的发展和改进，形成了具备实用功能的仪器设备，通过性能评价和实际样品的分析应用，证实了仪器的应用潜力。

参考文献

[1]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(03)：67-70.

[2]白帆. 便携式原子荧光光谱仪快速检测环境水样中的砷含量分析[J]. 低碳世界,2020,10(11)：25-26.

[3]张延. 环境水样中无机离子的原子荧光光谱测定方法研究[D].安徽大学,2006.

[4]王建伟,朱金伟,杨子恒,岳立. 原子荧光光谱法在水环境重金属在线监测中的应用[J]. 分析仪器,2017(02)：74-77.

[5]胡思超. 论原子荧光光谱仪对饮用水的检测[J]. 环境与发展,2017,29(05)：125-126.