土壤中重金属砷汞的测定——原子荧光光度法

荧光的产生

气态自由原子吸收光源的特征辐射后，原子的外层电子跃迁到较高能级，然后又跃迁返回基态或较低能级，同时发射出与原激发波长相同或不同的发射即为原子荧光。若原子荧光的波长与吸收线波长相同，称为共振荧光；若不同，则称为非共振荧光。共振荧光强度大，分析中应用ZUI多。原子荧光是光致发光，也是二次发光。当激发光源停止照射之后，再发射过程立即停止。是原子吸收的逆过程。

共振荧光的产生

气态原子吸收共振辐射被激发后，再发射与原吸收线波长相同的荧光即是共振荧光。它的特点是激发线与荧光线的高低能级相同。如砷原子吸收193.7nm的光，它发射荧光的波长也为193.7nm nm。

定义：利用上述原子能够产生共振荧光这一物理现象发展起来的分析方法即原子荧光光谱法。

定量分析基础：原子荧光强度与试液中待测元素含量在一定范围内呈正比。

二、原子荧光谱仪

2.1原子荧光光谱仪的主要组成及作用

1. 激发光源高强度空心阴极灯，产生自由原子激发所需的辐射。

2. 原子化器将样品中被测元素转化为自由原子。

3. 检测器日盲光电倍增管，测量的是蒸气中原子受激发产生的荧光。

2.2 氢化物发生原子荧光光谱仪的主要组成及作用

1.气路和气路控制系统（动力、燃料气）

2.氢化物发生系统（还原金属离子、产生H2）

3.原子化器

4.光源

5.检测器

6.炉温控制系统（控制原子化器的炉温

7.数据处理系统

氢化物发生——原子荧光光谱仪的组成

原子荧光光谱仪组件的功能要求

1.光源要求

足够的光强；纯度高；能量稳定；寿命长。高强度空心阴极灯，无极放电灯、高压氙灯

2.原子化器要求

高原子化效率、低背景。低温氩氢火焰原子化器（单层石英炉、双层屏蔽式石英炉）

3. 检测器

光路分色散系统和非色散系统，非色散系统；电路要有高可靠性和高信噪比。日盲光电倍增管 

三、测定原理

As、Sb、Bi、Se、Te、Pb、Sn、Ge 8个元素可形成气态氢化物，Cd、Zn形成气态组分，Hg 形成原子蒸气。气态氢化物、气态组分通过原子化器原子化形成基态原子，基态原子蒸气被激发而产生原子荧光，原子荧光强度与试液中待测元素含量在一定范围内呈正比。

硼氢化物—酸还原体系

酸化过的样品溶液中的砷、铅、锑、硒等元素与还原剂(一般为硼氢化钾或钠)反应在氢化物发生系统中生成氢化物:BH-+3H2O+H*=H3BO3+Na++8H*+Em+=EHn+H2(气体)式中Em+代表待测元素，EHn为气态氢化物( m可以等于或不等于n)。 

原理：

砷：样品中的砷经加热消解后，加入硫脲使五价砷还原为三价砷，再加入硼氢化钾将其还原为砷化氢，由氩气导入石英原子化器进行原子化分解为原子态砷，在特制砷空心阴极灯的发射光激发下产生原子荧光，产生得荧光强度与试样中被测元素含量成正比，与标准系列比较，求得样品中砷的含量。

汞：采用硝酸-盐酸混合试剂在沸水浴中加热消解土壤试样，再用硼氢化钾或硼氢化钠将样品中所含汞还原成原子态汞，由载气（氩气）导入原子化器中，在特制汞空心阴极灯照射下，基态汞原子被激发至高能态，在去活化回到基态时，发射出特征波长的荧光，其荧光强度与汞得含量成正比。与标准系列比较，求得样品中的汞含量  

四、样品前处理    

称取经风干、研磨并过0.149mm孔径筛的土壤样品0.2~1.0g（JQ至0.0002g）于50ml具塞比色管中，加少许水润湿样品，加入10ml(1+1)王水。

空白样品加塞摇匀于沸水浴中消解2h，中间摇动几次（30min一次），取下冷却，用水稀释至刻度，摇匀后放置。

砷测试液：吸取5mL消解试液于10 mL色管中，加2mL50%的盐酸、1mL硫脲-抗坏血酸溶液，用水稀释至刻度，摇匀待测。

汞测试液：直接吸取5mL消解试液于比色管中待测。 

五、试样的测定

采用5.0%的盐酸溶液作为载流，硼氢化钾溶液(1.5%硼氢化钾+0.5%氢氧化钠)作为还原剂。砷标准系列浓度为：0μg/L，10.00μg/L，20.00μg/L，30.0μg/L，40.0μg/L，50.0μg/L；汞标准系列浓度为：0μg/L，0.1μg/L，0.2μg/L，0.4μg/L，0.6μg/L和1.0μg/L，上机测试后，分别得到汞和砷的标准曲线方程。依次测定空白样品、标准样品及实样测试。

六、结果计算

重复试验结果以算术平均值表示, 保留三位有效数字。 

七、影响因素和注意事项

1、所用试剂

还原剂:还原剂为硼氢化钾与氢氧化钾的混合溶液。注意的是在配置此混合溶液时硼氢化钾加入氢氧化钾溶液中，在选择硼氢化钾时需注意到硼氢化钾有没有吸水结块，变硬。一旦硼氢化钾结块，需要重新更换一瓶。还原剂浓度的大小也影响实验结果，浓度高会对原子蒸汽有稀释作用，从而使砷的荧光强度变小，实验结果偏小。浓度低会使溶液还原不完全也造成结果偏小。

载流:在本实验中，选用5%的盐酸作为载流。经实验得出盐酸的浓度过高或者过低都会影响检测结果，5%的硝酸的作为载流较稳定。

纯水:实验过程中用来配置试剂溶液的水，为一级纯水。

2、仪器条件仪器条件中，对实验数值影响ZUI大的是负高压。负高压与标准空白呈正相关关系。负高压增大，标准空白值也增大，负高压减小，标准空白值也减小在持续的实验中，有时会通过调节负高压的大小来保持标准空白的稳定性。

3、校准曲线由于原子荧光光度计法确定土壤中总砷含量的方法由其标准曲线建立的回归方程来计算的，所以实验中样品溶液中砷的浓度应与标准曲线的浓度相当。一般情况下，我们会让测定值落在标准曲线中间，以此保证测定的值更加准确。所以，在实验中选择合适的标准曲线浓度以及适宜的称样量也是保证检测结果准确性的一种重要手段。

4、实验室环境实验室环境因素主要是温度和湿度。湿度过高或者过低，都会使测定稳定性变差，湿度过大，会引起散射干扰造成荧光猝灭导致荧光信号降低。湿度对汞空白有较显著影响。解决办法是严格控制仪器室内温度在 15~30 ℃，湿度不大于 75 %。温度对原子荧光的测定也极其敏感！

5、器皿和仪器清洗由于吸附效应会使得砷汞在仪器管道内累积，因此在每次实验结束后，需对仪器进行清洗，我们选择用 10% 的优级纯硝酸和 1% 的还原剂对空白长时间测定( 20 ～ 30 次) ，然后再进纯水清洗。玻璃器皿在使用前需要用 30% 的优级纯硝酸浸泡 24 h，并用超纯水多次冲洗，以减小汞砷的记忆效应。