环境监测中原子荧光法测定砷和汞的分析

丁 伟

（安徽晟创检测技术有限公司，安徽 合肥 230000）

自然环境中存留的砷和汞这两种污染物质的来源主要是废弃电池、喷洒农药以及煤矿生产等，这些有毒元素能够自地表逐渐渗透至地下较深的位置。这两种污染物质能够对畜禽和农作物带来较为直接的消极影响，进而通过多种途径进入人体，危害健康。为了从根本上避免此类现象的产生，对环境中砷和汞的含量进行测定是一项至关重要的工作，在此期间，使用到的方法主要为原子荧光法。

1 原子荧光法测定砷和汞的原理分析

当测定砷和汞这一类有毒元素的含量时，比较常见的一种方法即为原子荧光法。在该方法应用期间，盐酸-硝酸试剂是最主要的试剂类型，能够对检测样品进行有效的消解处理，与此同时，还可以在酸性条件下通过硼氢化钠或者是硼氢化钾还原样品中存在的汞因子，进而得出汞原子。在对砷元素进行还原时，使用到的试剂则主要是硼氢化钾和硫脲，可以将样品中存在的砷因子转变为砷化氢。当将砷化氢和汞原子经过氩气之后放置到原子化器中之后，依托于砷空心阴极灯的照射作用能够出现原子荧光，而样品中所含有的被检测元素的实际含量越多，原子荧光本身的光照强度就会越强[1]。这一过程的化学反应方程式如下：

2 多种环境监测中原子荧光法测定砷和汞的实验分析

2.1 大气环境监测中原子荧光法测定砷和汞的实验

2.1.1 实验设备与试剂

在对大气环境中存在的砷含量和汞含量进行测定时，进行的实验中使用到的仪器设备如下：第一，原子荧光光谱仪；第二，感量0.001和0.000 1的电子天平；第三，砷空心阴极灯和汞空心阴极灯；第四，微波消解仪；第五，全自动大气采样器；第六，玻璃纤维滤膜；第七，赶酸器。除多种实验仪器与设备之外，在此次实验中，还涉及多种实验试剂的使用，具体如下：第一，砷标准储备液和汞标准储备液，二者的配置比例均为每1 mL水中配置1.00 mg；第二，氢氟酸、硝酸、1%硼氢化钾、硼酸溶液、氢氧化钠溶液以及高纯氩气等等；第三，此次试验中所使用到的水为超纯水。

2.1.2 仪器工作条件

在具体开展砷和汞测定实验期间，相应的设备需要在相对良好且适宜的条件下运转和工作，相应的条件指标如下：在原子荧光光谱仪工作期间，原子化器的高度需要保持在8 mm，仪器工作期间的负高压需要处于280 V。砷空心阴极灯与汞空心阴极灯的电流则分别需要保持在60 mA和30 mA，屏蔽气流量与载气流量应当分别处于800 mL/min和300 mL/min。实验过程中的读数时间共计10 s，延迟时间则为1 s。

2.1.3 采集与处理实验样本

在工作人员明确样本的具体采集地点之后，即可以在已经完成玻璃纤维滤膜配置的前提下，通过采集器开展采集样本的工作。具体而言，在采集大气样品的过程中，工作人员一般需要进行空气的抽取，在抽取的过程中需要始终保持在相同的速度，待到抽取500 L之后，即可以结束样品的采集。值得一提的是，在进行空气样品采集的过程中，工作人员还要对当时的气象情况以及相应的参数进行详细的记录，例如风速、空气湿度、温度以及气压等等。在结束样品采集工作之后，需要将玻璃纤维滤膜摘取下来并进行妥善保存，将其带到实验室内部开展微波消解处理。这一操作的具体流程是：剪碎玻璃纤维滤膜，并将其投放到微波消解器中，同时将2 mL的氢氟酸和6 mL的硝酸一起放入微波消解器中[2]。在此之后，将微波消解器的温度调至120～180 ℃，同时保证仪器功率处于1 000～1 200 W，在这样的条件下进行5～8 min的消解处理。在完成消解处理之后，需要将检测样品进行冷却，待到样品温度与室温保持一致之后，即可以通过赶酸器完成接下来的检验工作。此后，工作人员需要使用硝酸溶液完成相应的定容，最终使用原子荧光光谱仪完成样品中砷含量和汞含量的测定。

2.1.4 实验结果与讨论

在稀释处理砷标准储备液和汞标准储备液之后，可以获取到标准中间液，这种标准中间液本身的浓度为50 μg/L。实验人员对这两种标准中间液进行分次提取，每次的提取剂量需要存在一定的差异，分别是1.00 mL、3.00 mL和10.00 mL等。与此同时，借助硝酸溶液对提取的标准中间液进行定容，使之变为100 mL，如此一来，就可以获取到浓度不同的砷标准曲线溶液和汞标准曲线溶液，这两种溶液中均包含三种浓度的类型，分别是0.50 μg/L、1.50 μg/L和5.00 μg/L。将这些溶液以标准曲线溶液浓度作为依据，按照从浓至淡的方式完成相应的测定，就可以生成砷和汞的标准曲线线性方程和与之相关的系数。如此一来，即可以通过计算采样体积和测定空白溶液的方式获取到大气环境中的砷检出浓度与汞检出浓度，这种方法在应用期间所使用的相关参数如下表1所示。

表1 标准曲线相关参数

为了能够进一步掌握原子荧光法测定砷和汞的精密程度，实验人员提取了5.00 mg/L的溶液开展了相应的测定，就生成的结果来看，所测定的砷物质的平均数值为4.8 μg/L，相对标准偏差数值则为1.5%；而测定汞物质的平均含量为5.1 μg/L，这一物质的相对标准偏差数大致为1.7%。由此可见，在应用原子荧光法对大气环境中的砷含量和汞含量进行测定时，所生成的测定结果本身的精密度处于较高水准。除此之外，为了检验本次实验是否与相关的标准和要求相符合，实验人员在微波消解器中放入了未经样品采集的空白玻璃纤维滤膜，在消解之后同样对其进行了定容处理，并在定容之后生成了几种浓度存在差异的空白样品，以此检验试验回收率。通过这一操作生成的结果来看，当砷溶液加标量处于1.00 μg/L时，此时实验的回收率达到了95%；当砷溶液加标量处于3.00 μg/L时，此时实验的回收率达到了104%；当砷溶液加标量处于8.00 μg/L时，此时实验的回收率达到了97%。当汞溶液加标量为1.00 μg/L时，此时实验的回收率达到了98%；当汞溶液加标量为3.00 μg/L时，此时实验的回收率达到了103%；当汞溶液加标量为8.00 μg/L时，此时实验的回收率达到了97%。

2.2 土壤环境监测中原子荧光法测定砷和汞的实验

2.2.1 实验设备与试剂

在通过原子荧光法对土壤环境中的砷含量和汞含量进行测定时，使用到的实验仪器与设备基本与大气环境测砷和汞时所使用到的仪器设备保持相同。不过使用的实验试剂与药品更加多样。除了大气环境监测中涉及的砷标准储备液、汞标准储备液、纯硝酸以及超纯水之外，还会使用到纯盐酸、0.5%氢氧化钾、2%硼氢化钾、5%抗坏血酸溶液、5%硫脲溶液以及硫脲与抗坏血酸混合溶液等等。

2.2.2 仪器工作条件

在进行土壤环境中砷含量和汞含量的测定时，原子荧光光谱仪的原子化器高度、砷空心阴极灯、汞空心阴极灯、测定方式、读数方式以及延迟时间均需要与大气环境监测实验中的仪器工作条件保持一致。而在此实验进行期间，需要调整的实验条件有：原子荧光光谱仪的负高压需要保持在270 V，屏蔽气流量和载气流量则分别需要处于900 mL/min和400 mL/min。加热温度需要处于200 ℃，读数时间设定为9 s。

2.2.3 采集与处理实验样本

在实验进行之前，同样需要进行实验样品的采集，在采集土壤样品的过程中，需要注重采集点位的分散性。在完成样品采集之后，实验人员还需要预处理采集到的土壤样品。而在处理的过程中，水浴消解和微波消解是两种比较常用的方式。

具体来说，在使用微波消解对土壤样品进行预处理时，需要提取0.3 g的土壤样品，并使用超纯水将这些土壤样品进行浸润，并将其放入到通风柜中，之后在其中按照前后顺序依次滴放6 mL的盐酸溶液和2 mL的硝酸溶液，待到多种物质彼此之间的接触足够充分之后，就可以将其放置到微波消解器中，先进行10 min的消解，这段消解时间的温度需要保持在150 ℃，之后将消解器的温度进行调整，使之达到180 ℃，并继续进行25 min的消解。在此之后，取出样品，使其温度与实验室内部温度保持一致，将经过微波消解之后的溶液通过履职进行过滤，同时使用实验用水洗涤容器，并将生成的洗涤液和过滤液共同置于容量瓶中完成相应的定容。此后，以原子荧光光谱仪本身的测量要求作为基础，测定砷含量与汞含量。

在使用水浴消解方法对土壤样品进行预处理时，同样需要从土壤样品中提取0.3 g，并用超纯水将这些土壤浸湿，之后通过由盐酸和硝酸混合而来的王水对这些土壤样品加热直至溶解，一般来说，溶解时间需要达到2 h。在完成样品的冷却、稀释处理以及定容之后，即可以进行接下来的测定土壤中砷含量和汞含量的实验流程。

2.2.4 实验结果与讨论

在分析土壤环境中测定砷含量和汞含量的实验结果时，将荧光强度作为Y轴，砷元素含量和汞元素含量则分别作为X轴，按照这种形式生成相应的砷标准曲线与汞标准曲线。其中，砷标准曲线线性方程为：

汞标准曲线线性方程则为：

这两种标准曲线线性方程的相关系数分别为1.000和0.999，在使用原子荧光法对土壤样品中的砷含量和汞含量进行测定时，共借助了5次平行处理，这5次平行处理的结果如表2所示，共包含微波消解处理条件下和王水处理条件下的砷含量和汞含量测定结果。

表2 两种消解处理条件下的砷与汞测定结果

通过对这两种不同消解处理条件下的结果进行比较之后可以发现，使用微波消解处理方式所测定的结果本身的准确性可以达到更高水准。与此同时，在经过加标回收实验之后可以发现，在微波消解处理条件下所进行的测定砷含量和汞含量的实验回收率可以保持在98%～103%，实验结果准确性高，且回收率也较为理想。

3 环境监测中原子荧光法测定砷和汞的注意事项

3.1 科学选择与处理样品

为了保证原子荧光法在实际应用之后生成的结果足够精准，关键即在于选择的样品是否足够恰当，这是保障结果准确有效的重要基础和必要前提。就现阶段的环境检测工作来看，需要对砷含量和汞含量进行检测的情况主要包含固体废弃物、水体环境、空气环境以及土壤环境等等。举例来说，在土壤环境监测中，为了确保最终生成的结果足够精准，同时具备充足的价值，在布设检测样品采集点位的过程中，需要遵守分散化的原则，确保采样点位足够分散，将被检测区域土壤受污染的真实状况进行更加精准、更加全面地反映出来。在完成检测样品的采集之后，还需要对其进行合理的处置。立足于测定结果的准确程度、检测流程对环境造成的负面影响以及整体操作的难易程度等多个角度，本文认为微波消融法这种方式能够产生更加良好的效果，一方面，其可以实现样品消解周期的有效缩短，另一方面，还可以实现检测期间酸性试剂用量的有效缩减，成本节约效果比较良好[3]。

3.2 选择测量条件

除了对样品进行合理采集和科学处理之外，还应当选择更加适宜的测量条件，为检测工作的进行创造有力的支撑条件。在此期间，工作人员需要将测量所用的设备和仪器进行有效的调试，保证其可以处于最良好的工作状态，从某种程度上来看，这对于实验结果精密度和准确度的提升也可以产生一定的积极影响。总体而言，在使用原子荧光法对环境样品中存在的砷含量和汞含量进行检测时，还会涉及负高压、灯电流、载气流量等多项条件，各项相关测量条件的最佳指标如表3所示。

表3 原子荧光法测砷和汞的最佳测量条件指标

4 结论

综上所述，由于砷和汞本身存在着荧光特性，因此在检测环境中存在的这两种元素时，即可以采用原子荧光法，该方法可以对大气环境、土壤环境以及水体环境等多种中存在的砷和汞的含量加以有效测量，从而达成直观掌握检测区域环境中具体的砷含量和汞含量的目的，为后续进行的环境治理工作创造更加良好的条件，提供相应的依据和参考。原子荧光法在实际应用时获取结果的速度较快，且结果的准确率和精度也处于较高水准。