根據國標GB/T 5750—2006原子熒光法測定水中汞的驗證

王振華，姜 蕾

(上海城市水資源開發利用國家工程中心有限公司，上海 200082)

《生活飲用水標準檢驗方法》(GB/T 5750—2006)規定了自來水中汞的測定方法[1]，也是目前在用的檢測方法[2]，分別為原子熒光法、冷原子吸收法、雙硫腙分光光度法和電感耦合等離子體質譜法。其中，原子熒光法和冷原子吸收光譜法尤為常用[3]，而原子熒光法除了具有檢出限低、靈敏度高的特點外，相比冷原子吸收法操作更簡單，受水樣基體干擾小[4]，且設備相對價格更低，是測量水中痕量汞最主要的方法[5]。

GB/T 5750—2006 中原子熒光法測汞的最低檢測質量濃度為0.1 μg/L，而《上海市生活飲用水地方標準》(DB31/T 1091—2018)[6]規定水中汞的限值為0.000 1 mg/L(0.1 μg/L)，等同于前者的最低檢測質量濃度。因此，有必要對GB/T 5750—2006原子熒光法測汞對上海市地方標準的方法適用性進行新的驗證，以確保檢測數據可靠可用。

另一方面，在實際測樣過程中發現，汞的熒光強度會隨著測樣次數的上升持續上浮，影響檢測數據，這一問題在很多文獻中都有提及，主要是由于汞標準空白升高[7-10]。解決方法無外乎幾種：一是提高外部器具的純度和潔凈度，如試劑[7,10]、樣品管[11]、容量瓶等[12]；二是保持儀器內部的穩定和潔凈，如充分預熱汞燈[9]、做完樣品充分清洗管路[11]等；三是當熒光強度上浮時，重新繪制標準曲線再測余下的樣品，上浮時再重新繪制[8-9,13]。除此之外，需控制實驗室溫濕度[12]、減少進樣量[14]、調整硼氫化鉀質量濃度[15]、采取冷原子熒光法測定[16-17]等。

本文預通過試驗驗證GB/T 5750—2006原子熒光法測汞對上海市地方標準的適用性，同時，為實際測樣過程中汞標準空白升高的問題提出具體的解決方法和建議。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

AFS-3100 雙道原子熒光光度計：北京海光儀器有限公司；MILLI-Q純水機：Millipore公司，美國。

鹽酸(優級純)；抗壞血酸(分析純)；硼氫化鉀(分析純)；無水溴酸鉀(分析純)；溴化鉀(分析純)；鹽酸羥胺(分析純)；汞單元素溶液標準物質(1 000 μg/mL)：中國計量科學研究院；汞有證標準樣品(GSB 07-3173-2014)，(5.15±0.42)μg/L，環保部標準樣品所。

1.2 儀器工作條件

負高壓為280 V，燈電流為30 mA，載氣流量為400 mL/min，屏蔽氣流量為800 mL/min，讀數時間為18 s，延遲時間為2 s，原子化器高度為10 mm。選擇儀器自動配標法測定標準溶液熒光強度。

1.3 標準曲線的制備

將汞標準物質(1 000 μg/mL)逐級稀釋成質量濃度為100 μg/L的標準使用液，稀釋過程不另外加酸，稀釋液為超純水。分別吸取100 μg/L汞標準使用液1.00、0.50、0.00 mL于3個100 mL容量瓶中，分別加入5.00 mL鹽酸，用去離子水定容，配成質量濃度為1.00、0.50、0.00 μg/L的標準溶液。其中，1.00 μg/L標準溶液作為標準曲線母液，儀器自動配標，自動配標濃度分別為0.00、0.10、0.20、0.30、0.50、0.80、1.00 μg/L。0.50 μg/L標準溶液作為內控，0.00 μg/L標準溶液作為試劑空白。

1.4 樣品的制備

取10.00 mL水樣于比色管中，加入0.5 mL鹽酸、0.5 mL溴酸鉀-溴化鉀溶液(2.784 g無水溴酸鉀及10 g溴化鉀溶解定容至1 000 mL)，搖勻放置20 min后，加入1～2滴鹽酸羥胺溶液(100 g/L)，使黃色褪盡，搖勻。

1.5 試驗方法

1.5.1 原子熒光測汞的方法確認

在本試驗條件下，對GB/T 5750—2006原子熒光法測汞進行方法確認。

(1)儀器預熱時間和試驗溫濕度

在不吸入標準、樣品和試劑的情況下，測定不同溫濕度條件下空氣中汞的空白熒光強度，觀察儀器的漂移情況，確定儀器預熱時間，并篩選適合的試驗溫濕度。

(2)檢出限、精密度和加標回收的測定

在篩選得出的試驗溫濕度條件和預熱時間下，對試劑空白樣品連續測定11次，確定儀器檢出限。同時，測定儀器精密度和加標回收率。

1.5.2 原子熒光測汞的方法優化

在篩選得出的試驗溫濕度條件和預熱時間下，對某一個自來水樣品連續測定100次，比較只繪制1次標準曲線和每測10個樣品重新繪制標準曲線后數據的差異。

2 結果與討論

2.1 儀器預熱時間和試驗溫濕度

GB/T 5750—2006(以下簡稱國標)原子熒光法測汞要求，儀器在最優條件下，預熱30 min后進行測定。本試驗在儀器最優條件下預熱60 min(不吸入標準、樣品和試劑，只測空氣)，記錄期間的空白熒光強度變化。同時，比較不同溫濕度組在預熱期間空白熒光強度的變化情況，結果如圖1所示。

圖1 不同溫度濕度下汞燈熒光強度的變化Fig.1 Changes of Hg Fluorescence Intensity under Different Temperatures and Humidity

由圖1可知，隨著時間的推移，各試驗組的熒光強度逐漸上升，說明儀器內部出現明顯的基線漂移現象，這與前人的研究結果一致[7-10]，也解釋了國標為何要預熱儀器30 min。總體來看，除了19.6 ℃-36%溫濕度組在第5 min以后熒光強度增幅變緩以外，其他4組的熒光強度增幅變化不大，說明即便預熱30 min以上，后續儀器仍然可能會出現持續基線漂移現象。另一方面，溫度越高，初始熒光強度越高，此時儀器靈敏度越高。

其次，19.6 ℃-36%溫濕度組與19.9 ℃-56%溫濕度組相比，前者的初始熒光強度更高，這可能與19.9 ℃-56%組的濕度較高有關。研究指出，濕度過大，易引起散射干擾，造成熒光猝滅，導致熒光強度降低[12]。此外，低濕度組(13.7 ℃-44%和19.6 ℃-36%)的熒光強度隨時間推移上升幅度相對較緩。其中，19.6 ℃-36%組的濕度是5組試驗組中最低的，熒光強度穩定最快，穩定后的遞增幅度也最小，這從另一方面說明，濕度低有利于減緩熱漂移效應，熒光強度更趨于穩定。

綜合各組試驗結果，測樣前應充分預熱儀器，預熱時間越長，濕度越低，越有利于儀器的穩定。溫度越高，儀器靈敏度越高。在兼顧儀器穩定性和檢測效率的情況下，本試驗選擇室溫19.9 ℃、濕度36%、預熱儀器1 h，作為后續檢測試驗的條件。

2.2 檢出限測定

在溫度為19.9 ℃、濕度為36%條件下，儀器預熱1 h后，對11份試劑空白進行測定，檢出限為儀器自動計算。計算公式為：DL=3×SD/K。其中，SD為連續11次測定試劑空白熒光值的標準偏差，K為工作曲線的斜率，結果如表1所示。

表1 汞的檢出限Tab.1 Detection Limit of Hg

工作曲線的擬合公式為y=546.8x+5.443，R=0.999 2，斜率K=546.8，標準空白熒光強度為172.164。其中，標準空白測定的是試劑空白水樣。

由表1可知，本方法的最低檢出限為0.01 μg/L，國標原子熒光法測汞的最低檢測質量濃度為0.1 μg/L。說明，本方法的檢出限不僅能滿足國標要求，且能檢測質量濃度更低的水樣。

2.3 精密度和加標回收

在溫度為19.9 ℃、濕度為36%條件下，儀器預熱1 h后，測定儀器精密度和加標回收率，結果如表2、表3所示。加標回收試驗中，樣品本底值為0.10 μg/L，加標量為0.10 μg/L。

表2 汞的精密度Tab.2 Precisions of Hg

由表2可知，本方法對質量濃度為0.50 μg/L和0.10 μg/L的標準溶液連續測定6次的相對標準偏差分別為3.58%和5.00%，國標原子熒光法測汞的相對標準偏差小于6.8%。由表3可知，本方法加標回收率為101%～120%，國標原子熒光法測汞的加標回收率為86.7%～120%。綜上，本方法的精密度滿足國標要求。

表3 汞的加標回收率Tab.3 Standard Recovery Rate of Hg

2.4 原子熒光測汞方法的優化

在溫度為19.9 ℃、濕度為36%條件下，儀器預熱1 h后，對某一個自來水樣品連續測定100次，比較只繪制1次標準曲線和每測10個樣品重新繪制標準曲線后水樣、內控、有證質控樣品檢測值的差異，以及每測10個樣品重新繪制的標準曲線之間的差異、最高質量濃度點和標準空白的變化情況。

2.4.1 自來水樣品測定值的變化

圖2和圖3分別為只繪制1次標準曲線和每10個樣品重新繪制標準曲線時，連續測定100次同一水樣的結果。

圖2 只繪制1次標準曲線的自來水樣品汞質量濃度變化Fig.2 Changes of Hg Concentration of Tap Water Samples Only One Standard Curve Used

圖3 每10個樣繪制1次標準曲線的自來水樣品汞質量濃度變化Fig.3 Changes of Hg Concentration of Tap Water Samples with Recalibrating Standard Curves by Every 10 Samples Determined

由圖2可知，只繪制1條標準曲線時，樣品質量濃度隨檢測次數的增加持續上升，在第40～50次趨于穩定，穩定后的值為初始檢測值的6～7倍。

由圖3可知，每10個樣品繪制1次標準曲線后，樣品值穩定得多，90%的檢測值處于0.09～0.12 μg/L，沒有出現檢測值持續上升的現象。

2.4.2 內控和質控樣測定值的變化

在2.4.1的基礎上，測定樣品前以及之后每測定10次樣品時，加測1次汞質控和內控樣品，比較內控和質控樣品檢測值的變化情況，結果如圖4、圖5所示(橫坐標的數值0，1，2，…，10對應的是測定第0次水樣后，第10次水樣后，第20次水樣后，…，第100次水樣后的質控和內控樣品數值)。

圖4 只繪制1次標準曲線汞質控和內控樣品質量濃度變化Fig.4 Changes of Hg Concentration of Certified Standard Samples and Quality-Control Samples Only One Standard Curve Used

圖5 汞質控和內控樣品質量濃度變化Fig.5 Changes of Hg Concentration of Certified Standard Samples and Quality-Control Samples

其中，汞質控證書值為(4.23±0.36)μg/L，證書要求稀釋25倍，實際檢測時稀釋800倍，按此稀釋條件，汞質控的證書值應折算為(0.13±0.01)μg/L；汞內控樣品實際配置質量濃度為0.10 μg/L。

由圖4可知，質控和內控樣品只在最開始的時候處于可接受的質量濃度范圍，之后出現數據上浮，在測定水樣第40次以后，質控和內控樣品的質量濃度趨于穩定。

由圖5可知：重校標準曲線后，汞質控樣品的質量濃度在0.12～0.13 μg/L，均處于證書可以接受的范圍，即(0.13±0.01)μg/L；而汞內控樣品的質量濃度在0.09～0.11 μg/L，誤差在10%以內。說明，重校曲線后的檢測值在可信區間之內。

質控和內控樣品的差異情況和自來水樣品一致，即每10個樣品重校標準曲線后的數據更穩定、更準確。

2.4.3 標準曲線和最高質量濃度點的變化

每10個樣品繪制1次標準曲線，測定100個樣品共繪制10條標準曲線。

表4為各標準曲線的擬合方程列表。由表4可知，標準曲線擬合方程的斜率隨測樣次數增加逐漸變大，從640.165增至755.806，增長了18%。標準曲線斜率不同，對于同一熒光信號值，對應的質量濃度也不同，斜率越高，對應的質量濃度越低。說明，如果不在測樣期間重新繪制標準曲線，樣品檢測值會被計算偏高。

表4 標準曲線的變化Tab.4 Changes of Standard Curves

另一方面，第5、6條工作曲線斜率相近，對應的測樣次數為第41～50次和第51～60次；第7、8、9、10條工作曲線的斜率出現反復，有降有升，對應的測樣次數分別為第61～70次、第71～80次、第81～90次、第91～100次。說明，從第40個樣品開始，工作曲線有趨穩的跡象，而第60個樣品以后，工作曲線的斜率在上下波動的同時總體趨勢變得穩定，而非一味地上升。

圖6為各標準曲線最高質量濃度點(1.00 μg/L)的熒光強度變化情況。與表4的標準曲線斜率變化情況相對應，最高質量濃度點的熒光強度隨測定次數的增加逐漸升高，從第60個樣品開始，熒光強度的上下波動逐漸趨穩。

圖6 最高質量濃度點熒光強度變化Fig.6 Changes of Hg Fluorescence Intensity on Highest Concentration Points

2.4.4 標準空白熒光強度的變化

儀器每次重新繪制標準曲線之前都會先測定新的標準空白熒光強度，10次標準曲線繪制前的標準空白熒光強度變化情況如圖7所示。

圖7 標準空白熒光強度的變化Fig.7 Changes of Hg Fluorescence Intensity of Reagent Blanks

由圖7可知，隨著測定次數的增加，標準空白熒光強度逐漸上升，到第71～80次測樣時達到頂峰，第91～100次測樣時出現了下降。這說明，儀器出現基線漂移的同時，在測定一定數量的樣品后會小幅下調。這種基線漂移可以通過重新繪制標準曲線進行補償計算，也就是2.4.3中工作曲線斜率升高的原因。

結合2.4.1～2.4.4的數據可知，在儀器最佳試驗條件下，充分預熱1 h后，隨著檢測次數的增加，儀器仍然會出現一定程度的基線漂移，具體表現為檢測數據持續升高，超出可接受范圍。不過，當每測10個樣品重新繪制標準曲線后，這個問題可以得到很好的解決。由于重新測定了標準空白，因基線漂移而增加的熒光強度得到矯正扣除，最終檢測數據可以穩定在合理的范圍之內。

3 結論與建議

原子熒光法測定自來水中的汞，由于儀器自身的特性，易造成標準空白升高，進而使得檢測數據上浮，做樣前應按照國標GB 5750—2006要求預熱儀器30 min或以上，且預熱時間越長，濕度越小，越有利于儀器穩定。此外，建議每測10個樣品重校1次標準曲線，當測定40個樣品后，標準空白趨于穩定，數據也趨于穩定，之后可以降低重校頻次或無需再重校標準曲線，根據自身儀器情況和外在試驗環境可以調整重校頻次。