硼氫化鉀－原子熒光光譜分析法測定水中硒儀器參數條件優化及可靠性分析

申開旭，宋大恩

(云南省水文水資源局昭通分局，云南昭通657000)

硒是人體所必須的微量元素，近年來得到人們的普遍重視和關注。有資料顯示:硒能抗癌、保護心臟、預防心血管疾病，具有提高人體免疫力的功能。因此，人體內的硒含量與健康程度存在密切關系。硒主要來源于水和食品，準確測定其含量，顯得重要而迫切。隨著社會經濟的協調發展，測定水及食品中硒的方法和儀器也得到完善和更新。當前，硼氫化鉀－原子熒光光譜分析法由于具有較高的靈敏度、較低檢出限和取樣量少等優點，常作為水利、環保、農業和衛生等部門的首選方法推薦使用。

1 實驗部分

1.1 方法原理

樣品經預處理后，保證各種形態的硒全部轉化為四價硒，加入硼氫化鉀，與其反應，生成氣態的氫化硒，由載氣帶入原子化器進行原子化，在硒空心陰極燈的照射下，硒原子受光輻射激發發射出特征波長的熒光，在一定的濃度范圍內其熒光值的強度與硒的含量成正比，從而能計算出樣品中的硒含量。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器

儀器名稱:AF610C原子熒光光譜儀，編號:12－66，產地:北京瑞利分析儀器公司;硒高強度空心陰極燈，電爐等。

1.2.2 試劑

鹽酸:p=1.18g/mL，優級純 (使用液濃度為6.0%)。硝酸:p=1.42 g/mL，優級純。

氫氧化鉀:優級純，(使用液濃度為0.5%)。

硒標準物質:100mg/L(購于環境保護部)。

中間液:準確量取1ml硒標準物質 (100±1%)于100ml容量瓶中，用6.0%的鹽酸溶液定容到刻度線，搖勻，此時溶液標準濃度為1mg/L。

標準使用液:準確量取中間液10ml于100ml容量瓶中，用6.0%的鹽酸溶液定容到刻度線，搖勻，此時溶液標準濃度為0.10mg/L。

硒盲樣:用吸管準確取10ml盲樣于250ml容量瓶中，用6.0%的鹽酸溶液定容到刻度線。

硼氫化鉀溶液 (7.0%):稱取3.5g硼氫化鉀，溶于500ml 0.5%的氫氧化鉀溶液中，搖勻備用。

鐵氰化鉀:稱取10.0g鐵氰化鉀溶于100ml蒸餾水中，混勻。實驗證明:鐵氰化鉀對硒的熒光強度沒有影響，可用可不用。

1.2.3 各種玻璃量器

量筒，三角錐瓶，比色管等。使用前需要(1+1)的硝酸浸泡24h以上，然后清洗干凈。

1.3 儀器工作環境與條件 (表1)

1.4 檢測方法

1.4.1 水樣的預處理

準確量取適量水樣置于150ml錐形瓶中，加硝酸 (優級純)3.00～5.00ml，搖勻后置于電熱板上加熱消解至約1.00ml，若溶液渾濁不清，可適當加1～2ml硝酸繼續消解至溶液清澈透明，注意不要將溶液蒸干為宜，冷卻后，小心轉入25ml比色管中，再加5.00ml 5%的鹽酸，用水稀釋到標線，放置10min后，上機測定，同時做試劑空白。

表1 儀器工作的環境與條件

1.4.2 工作曲線繪制和樣品的測定

分 別 取 0.00ml， 0.00ml， 1.00ml， 2.00ml，4.00ml，6.00ml，8.00ml，10.00ml 硒 標 準 液 于25ml比色管中，分別加入5.00ml 6.0%的鹽酸，用水稀釋到標線搖勻，放置10min后測定。

開機預熱30min，接通氣源，調整好出口壓力，按照表1儀器工作的環境與條件調整儀器后，用6.0%的鹽酸作載流，以7.0%的硼氫化鉀溶液作還原劑，測定工作曲線和樣品。

2 AF610C原子熒光光譜儀最佳參數優化設置［3～4］

2.1 光電倍增管負高壓對熒光強度的影響［5］

光電倍增管是原子光譜儀器的光電檢測器，其作用是把光信號轉換成電信號，再經放大電路把信號放大。放大倍數與加于光電倍增管之間的電壓(負高壓)有關，在一定范圍內負高壓與熒光強度成正比。負高壓越大，放大倍數越大，同時暗電流等噪聲也相應增大，此時檢出限和工作曲線的斜率和截距隨著負高壓的增大而降低。因此，在滿足分析要求的前提下，盡量不要把光電倍增管負高壓設置太高，即提高負高壓，不改善性噪比。實驗研究表明:負高壓取280V時，熒光值較穩定，而且靈敏度較高。負高壓與熒光值之間的關系見圖1。

2.2 燈電流對熒光強度的影響［6］

原子熒光光譜儀是以脈沖燈電流的大小決定激發光源發射強度的大小，在一定范圍內，燈電流與熒光強度值成正比。但燈電流過大，會使熒光強度不穩定，而且噪聲也相應增大，會縮短燈的壽命。實驗結果表明:較小燈電流，儀器的靈敏度降低，穩定性和信噪比降低，大大影響測定結果，增大燈電流，熒光值隨之增加，不過重現性較差，工作曲線檢驗不合格的情況時有發生。從圖2燈電流與熒光強度之間的關系上可看出，燈電流在20mA～70 mA時與熒光值有線性關系，但線性較差，在70mA～120mA時熒光值較為穩定。故本實驗選取燈電流為70mA。

2.3 原子化器高度對熒光強度的影響

原子化器頂端到檢測透鏡中心水平線的垂直距離，數值越大，原子化器高度越低，氬氫火焰的位置越低。實驗結果表明:原子化器高度過低，試劑空白的熒光值變高，檢出限變差，原子化高度過高，儀器的重現性和靈敏度變差。在氣流量、反應條件相同的情況下，氬氫火焰的形狀是固定的，因此，在光路不變的情況下，原子化器的高低，決定了激發光源照射在氬氫火焰上的位置。當激發光源照射在氬氫火焰上原子蒸汽密度最大的位置時，得到的原子熒光強度也越大。從圖3可看出，原子化的高度在8～15mm時，熒光強度隨原子化高度的增大而發生微小的波動，因此實驗選用原子化高度為8mm。

2.4 載氣與屏蔽氣流量對熒光強度的影響

載氣流量的大小在反應條件一定的情況下對氬氫火焰的穩定性、測量熒光強度的大小有很大的影響。載氣流量小，氬氫火焰不穩定，測量的重現性差;載氣流量大，原子蒸汽被沖稀，測量的熒光信號降低，過大的載氣流量可能導致氬氫火焰被沖斷，無法形成氬氫火焰，導致沒有信號。屏蔽氣，作為氬氫火焰的外圍保護氣體，起到保持火焰形狀穩定，防止原子蒸氣被周圍空氣氧化的作用。屏蔽氣流量小時，氬氫火焰肥大，信號不穩定;屏蔽氣流量大時，氬氫火焰細長，信號亦不穩定且靈敏度降低。因此，選用純度＞99.999%的氬氣，實驗選取載氣流量為700 ml/min，屏蔽氣流量為800ml/min。

2.5 硼氫化鉀濃度對熒光強度的影響［7］

硼氫化鉀作為還原劑直接影響熒光強度，其濃度過低不能產生足夠的氫氣和硒的氫化物，濃度過高時，反應生成的氫氣量過大，稀釋了硒的氫化物，靈敏度降低，重現性變差，背景值增加。硼氫化物的形成決定于二個因素，一是被測元素與氫化合的速率，此外還決定于硼氫化鉀在酸性溶液中分解的速率。硼氫化鉀的用量不足，氫化反應不完全，靈敏度低;硼氫化鉀用量過大，反應生成的氫氣量太大，稀釋原子蒸氣，靈敏度也會下降，熒光強度就會減弱，重現性也變差，實驗表明:硼氫化鉀濃度與硒的熒光信號關系見圖4，硒的熒光強度隨著硼氫化鉀濃度 (1.0%～7.0%時)的增大而增大，這是符合規律的。不過，硼氫化鉀濃度太低則熒光強度低，靈敏度差;硼氫化鉀濃度過高，會產生大量的氫氣，信號穩定性較差，精確度較低。同時可以看出氫化鉀濃度7.0%時，熒光強度趨于穩定，若選用太高濃度，不但精確度降低而且造成藥品浪費，因此本實驗選取硼氫化鉀濃度為7.0%。

2.6 讀數時間與延遲時間對熒光強度的影響

讀數時間的長短與蠕動 (注射)泵的泵速、硼氫化鉀的濃度、進樣體積的多少等有關。讀數時間確定時，將整個峰面積全部納入積分計算時為最佳。延遲時間設置準確，可以有效地延長燈的使用壽命，并減少空白噪聲。本實驗選取讀數時間為13s，延長時間為1s。

2.7 載流濃度對熒光強度的影響［8］

實驗研究了載流濃度分別為1.0%～11.0%的鹽酸溶液與熒光值之間的關系。從圖5可以看出，載流濃度對硒標準樣品和試劑空白的熒光值產生影響較大，載流濃度為1.0% ～5.0%時，鹽酸的濃度與熒光值之間存在線性關系，但線性較差;濃度在5.0%～6.0%時，熒光值呈下降趨勢;濃度為6.0%－10%，熒光值存在微小變化;濃度10%，熒光值突然變大，不過線性關系較差?？紤]到載流濃度過大，會對儀器造成腐蝕，因此實驗選取載流空白的濃度為6.0%。

3 工作曲線繪制和樣品測定

3.1 工作曲線與方法的檢出限

開機接通氣源，調整好出口壓力，按照表1及2.1～2.7方法配制溶液和設置參數，預熱30min，分 別 取 0.00ml， 1.00ml， 2.00ml， 4.00ml，6.00ml，8.00ml，10.00ml硒標準液于 25ml比色管中，分別加入5.00ml 6.0%的鹽酸。工作曲線:Y=11037.3690X+1.518，R=0.9997，表明硒濃度與峰面積之間存在較好的線性關系。對試劑空白連續測定11次，按3倍標準偏差除以斜率，計算出檢出限為 0.0002mg/L，即 0.2μg/L。小于SL327.3－2005的 0.0003mg/L，GB/T5750.6－2006的0.0004mg/L。實驗還表明鐵氰化鉀溶液加入與否，對實驗無影響，可用可不用。

3.2 樣品測定加標率回收率計算精密度 (RSD)評定

量取10ml硒盲樣于7支25ml比色管中，選取其中兩支分別加入1.00ml 0.1mg/L硒標準液，加入5.00ml 6.0%的鹽酸，用水稀釋到刻度，與工作曲線同步測定。

表2 樣品測定、加標率回收率計算及精密度 (RSD)評定

從表2可看出:樣品的平均值為0.0083mg/L，標準偏差為0.0000837，精密度為1.012%，加標回收率為 (97.1～105)%，盲樣考核數據報云南省水環境監測中心質量控制室評定合格，表明數據是受控的。

4 結論

影響檢測數據準確性、精密性、代表性和可比性的因素是多方面的。儀器設備在外界環境相同的條件下，通過實驗研究和分析儀器在最佳分析條件下運行是比較重要的環節。本實驗研究結果表明:按照表1的參數優化設置，該方法靈敏度高，檢出限低，重現性好，準確度高，檢測數據質量是可靠的;另外，硼氫化鉀濃度可以從15.0%降到7.0%，在用量上減少一半，鐵氰化鉀溶液對實驗無影響，可用可不用;該方法用在實際工作中，在提高工作效率和水環境保護方面有積極的作用，可以推薦使用。

［1］朱華明.儀器分析 ［M］.北京:高等教育出版社 (第三版)，2005.

［2］SL327.3－200，水質硒的測定原子熒光光度法［S］.

［3］GB/T5750.1～.13－2006，生活飲用水衛生標準，生活飲用水標準檢驗方法［S］.

［4］北京瑞利分析儀器公司.原子熒光分析方法［Z］.2010

［5］牛兆紅.原子熒光法測定飼料中的硒 ［J］.現代化農業，2007，(6):17－18.

［6］劉欣，廖敏，陳紅，等.微波消解－熒光光譜法測定飼料中的砷、汞、硒的研究［S］.糧食與飼料工業，2002，(2):56－59.

［7］羅鵬程.淺論原子熒光法測定食品中的硒 ［J］.大眾科技，2009，(6):143，119.

［8］彭太丁，莫通偉，蔡凌云.氫化物原子熒光光度法測定水中硒方法的改進 ［J］.光譜實驗室，2012，(3):1491－1493.