淺談原子熒光技術(shù)在水環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用

孫 穎

（大連路明光電工程有限公司，遼寧 大連 116025）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于用水安全提出了較高的要求。在水質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中，傳統(tǒng)的檢測(cè)方式在砷、硒、錫、汞、鉍等微量元素測(cè)定方面存在較大缺陷，不僅檢查效率較低，而且容易造成人力、物力資源的大量浪費(fèi)。在這種背景下，原子熒光技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。從技術(shù)原理來(lái)看，原子熒光技術(shù)將原子發(fā)射光譜和原子吸收光譜分析技術(shù)有效綜合，其能在基態(tài)原子吸收合適的特定頻率輻射的基礎(chǔ)上，發(fā)射出特定波長(zhǎng)的熒光，這些高能態(tài)的波形熒光能夠?qū)崿F(xiàn)水中微量元素的有效檢查。現(xiàn)階段，原子熒光技術(shù)在地質(zhì)環(huán)保、衛(wèi)生防疫等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，規(guī)范使用原子熒光技術(shù)已經(jīng)成為水環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)的關(guān)鍵。

1 原子熒光技術(shù)的基本原理

原子熒光技術(shù)是光譜分析技術(shù)應(yīng)用的基本形態(tài)，同時(shí)也是水環(huán)境微量元素檢查的主要手段。從本質(zhì)上講，原子熒光技術(shù)是原子發(fā)射光譜和原子吸收光譜分析技術(shù)的進(jìn)一步延伸，在原子熒光技術(shù)支撐下，氣態(tài)的自由原子會(huì)吸收光源的特征輻射，并使得原子外層電子發(fā)生躍遷變化。通常，先躍遷到較高能級(jí)再返回原有基態(tài)是原子外層電子躍遷變化的主要特征[1]。現(xiàn)階段，國(guó)外進(jìn)行了原子熒光技術(shù)的進(jìn)一步研究，并在原子熒光技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了氫化物發(fā)生與原子熒光光譜分析技術(shù)的結(jié)合，這使得原子熒光技術(shù)的應(yīng)用范圍更廣，原子熒光技術(shù)在化學(xué)、物理、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。

從應(yīng)用過(guò)程來(lái)看，氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法在當(dāng)前環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，尤其在水環(huán)境檢測(cè)中，其能有效地實(shí)現(xiàn)砷、硒、錫、汞、鉍等微量元素的檢測(cè)。具體而言，該檢測(cè)方式以硼氫化鉀或鈉作為還原劑，然后將還原劑投入到酸化過(guò)的樣品溶液，此時(shí)，溶液中需要分析的微量元素會(huì)發(fā)生還原反應(yīng)，并轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性共價(jià)氣態(tài)氫化物。當(dāng)這些共價(jià)氣態(tài)氫化物導(dǎo)入到原子化器中時(shí)，利用氬氫火焰即可使其進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶓B(tài)原子。基態(tài)原子吸收光源能量后會(huì)發(fā)生躍遷變化，并且熒光光源的強(qiáng)度和測(cè)元素的濃度呈正相關(guān)。測(cè)量實(shí)踐中，人們只需要觀測(cè)熒光光源的強(qiáng)度值，即可實(shí)現(xiàn)水環(huán)境中微量元素的有效檢測(cè)。

第一次鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)后，西方侵略者雖然通過(guò)《中英江寧條約》《中美望廈條約》等打開(kāi)了中國(guó)的大門，但是，對(duì)華貿(mào)易并沒(méi)有出現(xiàn)他們所設(shè)想的持續(xù)性的增長(zhǎng)。因此，西方侵略者不滿足已經(jīng)取得的特權(quán)，企圖向清政府索要更多的特權(quán)，從而進(jìn)一步打開(kāi)中國(guó)市場(chǎng)。1854年和1856年，英國(guó)分別聯(lián)合美國(guó)、法國(guó)向清政府提出“修約”，要求開(kāi)放中國(guó)內(nèi)地，公使常駐北京，鴉片貿(mào)易合法化，皆被拒。1856年10月，英國(guó)借口“亞羅號(hào)事件”，挑起了第二次鴉片戰(zhàn)爭(zhēng)。清政府戰(zhàn)敗后，又被迫簽訂一系列不平等條約，關(guān)稅制度不得不按西方列強(qiáng)的要求作進(jìn)一步的修改。

2 原子熒光技術(shù)的類型及使用特征

現(xiàn)階段，原子熒光技術(shù)在物化生產(chǎn)和環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用愈發(fā)普遍。就使用類型來(lái)看，共振熒光、非共振熒光與敏化熒光是原子熒光技術(shù)常見(jiàn)的三種應(yīng)用形態(tài)[2]。

現(xiàn)階段，原子熒光技術(shù)在水環(huán)境檢測(cè)項(xiàng)目中的應(yīng)用愈發(fā)廣泛。某社區(qū)供水工程建設(shè)中，工作人員利用熒光技術(shù)進(jìn)行了砷標(biāo)準(zhǔn)溶液和硒標(biāo)準(zhǔn)溶液的規(guī)范檢測(cè)，檢測(cè)過(guò)程如下。

非共振熒光包含直躍線熒光、階躍線熒光、anti-Stokes 熒光三種形式，這些原子熒光技術(shù)的激發(fā)光與熒光具有不同的波長(zhǎng)。例如，就直躍線熒光而言，其激發(fā)線能級(jí)間隔明顯高于熒光的能級(jí)間隔；在階躍線熒光使用中，熒光波長(zhǎng)大于激發(fā)線波長(zhǎng)；anti-Stokes熒光的能量供給具有多源性，其包含了光源和熱能兩種能量供應(yīng)方式。

就共振熒光而言，其原子外層電子激發(fā)線與熒光線具有相同的能量等級(jí)，即原子吸收的光和發(fā)射熒光的波長(zhǎng)一致。需要注意的是，在共振熒光使用過(guò)程中，一旦原子受熱激發(fā)處于亞穩(wěn)態(tài)，則需要吸收輻射進(jìn)行再次激發(fā)，從而達(dá)到共振熒光的效果。

某社區(qū)供水工程建設(shè)中，為保證社區(qū)居民用水安全，故對(duì)接入水系統(tǒng)的水源質(zhì)量進(jìn)行原子熒光技術(shù)檢測(cè)。本檢測(cè)試驗(yàn)采用AFS-3100 型號(hào)雙道原子熒光光度計(jì)設(shè)備；熒光燈光源采用砷和硒高性能空心陰極燈。此外，砷標(biāo)準(zhǔn)溶液和硒標(biāo)準(zhǔn)溶液選擇經(jīng)過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心處理的生活飲用水，同時(shí)硼氫化鈉溶液的濃度為20 g/L，鹽酸溶液為濃度12%的優(yōu)級(jí)純。

3 原子熒光技術(shù)在水環(huán)境檢測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)

利用原子熒光技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)時(shí)，試驗(yàn)步驟的規(guī)范程度會(huì)直接影響原子熒光技術(shù)的應(yīng)用水平和微量元素檢測(cè)精度。因此，在原子熒光技術(shù)水環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)中，試驗(yàn)人員應(yīng)注重以下步驟的嚴(yán)格規(guī)范。其一，進(jìn)行試驗(yàn)試劑和標(biāo)準(zhǔn)溶液的規(guī)范選擇，通常，人們需要準(zhǔn)備氫氧化鈉溶液、水、鹽酸以及硼氫化鉀溶液等原子熒光技術(shù)試劑或溶液。其二，準(zhǔn)備原子熒光光度計(jì)和玻璃器皿等試驗(yàn)器材，并對(duì)原子熒光光度計(jì)進(jìn)行校正處理，確保設(shè)備使用的規(guī)范性。其三，試液配制是原子熒光技術(shù)檢測(cè)應(yīng)用的關(guān)鍵。譬如，就砷標(biāo)準(zhǔn)溶液而言，其應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)液的基礎(chǔ)上，分不同容量加入混合溶液，然后利用鹽酸溶液對(duì)混合液進(jìn)行滴定處理，鹽酸溶液的濃度需保持在12%左右。當(dāng)溶液攪拌均勻后，需靜置15 min以上，然后進(jìn)行原子熒光光譜測(cè)定。其四，利用295 V 高壓光電倍增管進(jìn)行原子熒光測(cè)定，相關(guān)儀器的使用需滿足以下指標(biāo)，如表1所示。

本供水工程水質(zhì)檢測(cè)實(shí)踐中，為確保原子熒光技術(shù)水環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)的高效性，工作人員對(duì)試驗(yàn)材料設(shè)備準(zhǔn)備和試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范。

3.1 原子熒光技術(shù)的應(yīng)用方法

水環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中，原子熒光光譜法是原子熒光技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。就檢測(cè)應(yīng)用過(guò)程而言，原子熒光光譜法綜合了發(fā)射光譜法和收光譜法，然后利用激發(fā)光源照射被檢測(cè)物質(zhì)，使得檢測(cè)試液的原子保持在活躍激發(fā)狀態(tài)并發(fā)出原子熒光。試驗(yàn)期間，若水中含有易揮發(fā)的微量元素，則這些微量元素會(huì)與還原劑發(fā)生作用，并產(chǎn)生共價(jià)氫化物。檢測(cè)實(shí)踐中，人們只要在相應(yīng)儀器的支撐下，將共價(jià)氫化物原子化，即可實(shí)現(xiàn)原子熒光技術(shù)的檢測(cè)操作，并準(zhǔn)確地把控水試樣中的微量元素含量，提升水環(huán)境檢測(cè)質(zhì)量。

3.2 原子熒光技術(shù)的應(yīng)用步驟

作為一種高效化、專業(yè)化的水環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)手段，原子熒光技術(shù)的應(yīng)用需注重材料設(shè)備、試驗(yàn)步驟的嚴(yán)格把控。

表1 原子熒光技術(shù)檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

3.3 原子熒光技術(shù)檢測(cè)結(jié)果精度分析與評(píng)價(jià)

精密度偏性試驗(yàn)是原子熒光技術(shù)檢測(cè)水環(huán)境質(zhì)量的必要環(huán)節(jié)。在該試驗(yàn)下，人們可以獲得熒光技術(shù)檢測(cè)的空白批內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值，然后將該數(shù)值與原子熒光技術(shù)檢測(cè)限度值進(jìn)行對(duì)比，即可實(shí)現(xiàn)水環(huán)境檢測(cè)精度的準(zhǔn)確把控。通常，原子熒光技術(shù)檢測(cè)限度值為0.177 μg/L，同時(shí)對(duì)比觀察時(shí)間需保持在5 s 左右。最后，當(dāng)原子熒光技術(shù)檢測(cè)結(jié)束后，應(yīng)對(duì)所有的樣品進(jìn)行比較，然后計(jì)算樣品中微量元素的回收率，并結(jié)合回收率的具體數(shù)字，評(píng)價(jià)水環(huán)境質(zhì)量。

4 原子熒光技術(shù)在水環(huán)境檢測(cè)項(xiàng)目中的具體應(yīng)用

理性從啟示、哲學(xué)從信仰中剝離出來(lái)并獲得獨(dú)立的形態(tài)，并不意味著宗教的消除，正如卡西爾所言：“啟蒙運(yùn)動(dòng)最強(qiáng)有力的精神力量不在于它摒棄信仰，而在于它宣告的新信仰形式，在于它包含的新宗教形式。”［16］125－126在啟示與理性、信仰與哲學(xué)的博弈中，“宗教信念應(yīng)該像任何別的命題一樣接受檢驗(yàn)——由理性證據(jù)來(lái)檢驗(yàn)”［17］26。啟蒙揚(yáng)棄了宗教的外在形式，形成了新的宗教形態(tài)——知性宗教。

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4.1 項(xiàng)目概況

在使用敏化熒光的過(guò)程中，受光源激發(fā)的原子會(huì)和另一種原子發(fā)生碰撞，并實(shí)現(xiàn)激發(fā)能量的轉(zhuǎn)移。此時(shí)，后者原子發(fā)射的熒光即為敏化熒光。需注意的是，敏化熒光僅能在非火焰原子化器中進(jìn)行觀測(cè)。

4.2 原子熒光技術(shù)試驗(yàn)過(guò)程

研究組中，AOFAS評(píng)分為優(yōu)12例，良7例，中2例，差0例，優(yōu)良率為90.5%，其中，有2例出現(xiàn)拇趾輕度屈曲畸形。對(duì)照組中，AOFAS評(píng)分為優(yōu)9例，良16例，中5例，差0例，優(yōu)良率為83.3%。研究組患者的優(yōu)良率高于對(duì)照組，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），見(jiàn)表2。

就試驗(yàn)材料設(shè)備準(zhǔn)備而言，砷和硒高性能空心陰極燈的電流選擇是其控制的首要內(nèi)容。空心陰極燈調(diào)試過(guò)程中，試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)砷的空心陰極燈電流在20～50 mA 時(shí)，電子熒光燈強(qiáng)度越大，陰極燈電流也就越大，最終確定砷的空心陰極燈的最佳電流為60 mA；而在硒空心陰極燈調(diào)試過(guò)程中，陰極燈電流與電子熒光燈強(qiáng)度呈現(xiàn)出反比例相關(guān)關(guān)系，故而設(shè)定其最佳電流為20 mA。其次，在原子化器高度確定過(guò)程中，要確保砷熒光強(qiáng)度和硒熒光強(qiáng)度能在相應(yīng)平臺(tái)上顯示，原子化器的高度需分別保持在7～10 mm和5～12 mm。試驗(yàn)期間，試驗(yàn)人員將原子化器高度控制在8 mm，為后期熒光強(qiáng)度檢測(cè)奠定了基礎(chǔ)。在其流量控制中，砷和硒的熒光強(qiáng)度與載氣流量呈反比，為避免砷和硒的熒光強(qiáng)度過(guò)小，本項(xiàng)目中，其流量保持在400 mL/min。此外，硼氫化鈉溶液的濃度在10～25 g/L 時(shí)，砷的熒光強(qiáng)度比較穩(wěn)定。然而，隨著硼氫化鈉溶液濃度的增加，砷的熒光強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，因此本試驗(yàn)硼氫化鈉溶液的濃度保持在20 g/L。

合作學(xué)習(xí)應(yīng)該是全體小組成員的合作學(xué)習(xí)，每一個(gè)小組成員都是學(xué)習(xí)的主體。教師要重點(diǎn)觀察個(gè)別學(xué)生消極學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，這些學(xué)生往往依賴于其他小組成員，缺乏參與的主動(dòng)性，教師要通過(guò)觀察，及時(shí)加以引導(dǎo)，激發(fā)消極學(xué)生興趣，使全體小組成員主動(dòng)參與合作學(xué)習(xí)。

試驗(yàn)期間分別對(duì)砷標(biāo)準(zhǔn)溶液和硒標(biāo)準(zhǔn)溶液樣品進(jìn)行分組處理，其規(guī)格依次為1.0 ng/mL、2.0 ng/mL、4.0 ng/mL、8.0 ng/mL、10.0 ng/mL、20.0 ng/mL。當(dāng)所有樣品分組完成后，對(duì)其進(jìn)行夜冷消化處理；然后利用酒精燈進(jìn)行加熱；標(biāo)準(zhǔn)液中水分徹底蒸發(fā)后，滴入硼氫化鈉溶液繼續(xù)加熱，硼氫化鈉溶液滴量為1 mL。需要注意的是，為確保試液制備的標(biāo)準(zhǔn)，本次試驗(yàn)先用去離子水代替試樣，然后在雙道原子熒光光度計(jì)、砷、硒高性能空心陰極燈的支持下，對(duì)含砷10 ng/mL 和含硒20 ng/mL 試液中的微量元素進(jìn)行檢測(cè)。

4.3 試驗(yàn)結(jié)果檢驗(yàn)

本供水工程水環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)中，原子熒光技術(shù)檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 原子熒光技術(shù)下砷、硒線性范圍試驗(yàn)結(jié)果

由表2 可知，當(dāng)試樣濃度保持在1～10 ng/mL 時(shí)，砷的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好，其相關(guān)系數(shù)為0.999 7，并且計(jì)算可知砷if值回歸方程為if=22.006C-2.990；而在硒（if值）檢測(cè)過(guò)程中，其標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好的試液濃度范圍為2.0～20.0 ng/mL；相關(guān)系數(shù)和回歸方程分別為0.994 和if=30.941C-9.121。最后，在觀測(cè)原子熒光光度計(jì)、雙道原子熒光光度計(jì)設(shè)備讀數(shù)的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目工作人員將準(zhǔn)空白溶液的熒光信號(hào)納入考慮范圍，確定砷、硒的檢出限。其中，砷的檢出限為0.01 ng/mL，硒的檢出限為0.02 ng/mL。

三是實(shí)行稅收優(yōu)惠政策。商城縣政府應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，適當(dāng)給予旅游企業(yè)相應(yīng)的稅收優(yōu)惠政策，抓住旅游業(yè)發(fā)展契機(jī)，培植新的稅收增長(zhǎng)點(diǎn)，為旅游業(yè)營(yíng)造公平、有序的良性生存環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)旅游業(yè)健康發(fā)展。

利用空白溶液對(duì)原子熒光技術(shù)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，設(shè)定連續(xù)檢測(cè)天數(shù)為11 d，每天測(cè)定一次，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，砷的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為在1.4%～4.1%，而硒的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在2.5%～7.6%；測(cè)量誤差尚處于原子熒光技術(shù)水環(huán)境質(zhì)量測(cè)定允許誤差范圍，即檢測(cè)結(jié)果具有有效性。

5 結(jié)論

原子熒光技術(shù)對(duì)于水環(huán)境精度把控具有較大影響。在水環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)實(shí)踐中，人們只有充分理解原子熒光技術(shù)的應(yīng)用原理，并在其試驗(yàn)特征和技術(shù)規(guī)范把控的基礎(chǔ)上，進(jìn)行試驗(yàn)全過(guò)程的規(guī)范把控，才能有效提升原子熒光技術(shù)水環(huán)境質(zhì)量檢測(cè)精度，進(jìn)而保證居民的用水安全。