原子熒光光譜法測定土壤樣品中砷、汞的試驗研究

關鍵詞：原子熒光光譜法；土壤樣品；總砷；總汞；測定

中圖分類號：0657.31 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）07-0009-03

DOI： 10.3969/j.issn.1008-9500.2025.07.03

Experimental Study on the Determination of Arsenic and Mercury in Soil Samples by Atomic Fluorescence Spectrometry

MA Jing

（JilinBranchofChinaNationalGeologicalExplorationCenterofBuildingMaterialsIndustry，Changchun30ooo，China）

Abstract：Theexperiment measures thetotalarsenicand total mercury contentin four groupsof soilsamples usingatomic fluorescencespectroscopy.Theresultsshowthatthetotalarseniccontentofthefoursoilsamplesis7.74，6.95，8.9，and （20 7.44mg/kg ，respectively，and the total mercury content is 0.041，0.025，0.057，and 0.048mg/kg ，respectively，verifying the high sensitivityselectivityandreproducibilityofatomicfluorescencespectroscopy.Theanalysisofspikedecovery rateand Relative Standard Deviation （RSD）shows thatatomic fluorescence spectroscopyhas significantadvantages in the determinationofarsenicand mercuryinsoilsamples，andissuitableforenvironmentalmonitoringandsoilpolutioncontrol. Keywords： atomic fluorescence spectroscopy; soil samples; total arsenic; total mercury; determination

砷和汞是環境中常見的重金屬污染物，其毒性強、遷移性高，對生態系統和人體健康構成嚴重威脅[1]。土壤中砷和汞的含量是評估環境污染和生態風險的重要指標，開發高效、準確的測定方法對環境監測和污染治理有重要意義。

1原子熒光光譜法測定土壤中總砷和總汞的理論基礎

1.1基本原理

原子熒光光譜法是一種基于原子熒光現象的分析技術，廣泛應用于測定環境、地質、食品等領域的痕量元素。基本原理是通過激發源（如空心陰極燈或無極放電燈）發射特定波長的光，使待測元素（如砷、汞）的原子從基態躍遷到激發態[2，待激發態原子返回基態時，發射出特定波長的熒光，通過檢測熒光強度可定量分析樣品中待測元素含量。

原子熒光光譜法的靈敏度高，檢出限通常可達到亞微克每升級別，砷的檢出限可低至 0.01μg/L ，汞的檢出限可低至 0.001μg/L^[3] 。這種高靈敏度使得原子熒光光譜法在測定土壤中痕量砷和汞時具有顯著優勢。此外，原子熒光光譜法選擇性較好，不同元素的熒光波長不同，可以通過適當激發光源和檢測器來避免干擾。

1.2 優點及限制

原子熒光光譜法的靈敏度極高，能檢測極低含量的砷和汞，對環境監測和土壤樣品分析尤為重要，土壤的砷和汞含量較低，其毒性效應可在低含量下顯現。原子熒光光譜法選擇性較好，能夠有效避免其他元素干擾。測定砷時，常見的干擾元素銻、鉍等可通過優化試驗條件（如調節還原劑的濃度和 pH 值）減少影響。此外，原子熒光光譜法線性范圍較寬，可覆蓋幾個數量級，適用于不同含量范圍的樣品分析。但是，土壤樣品中的碑和汞常以復雜形態存在，需要通過酸消解和還原步驟將其轉化為可檢測形態，這一過程不僅耗時，還可能引人誤差。消解不完全可能會降低神和汞的回收率，而還原劑的不穩定性會影響測定的重現性[4。原子熒光光譜法試驗條件要求嚴格，激發光源的穩定性、原子化器的溫度、載氣的流速等都會影響測定結果。

2試驗部分

2.1試劑與儀器

試驗所用試劑均為分析純，水為超純水，電阻率不小于 18.2MΩ?cm， 。主要試劑包括硝酸（ HNO₃ ）、鹽酸（HCI）、高氯酸（ HClO₄ ）、硼氫化鈉（ NaBH₄ ）、氫氧化鈉（ NaOH ）、砷標準溶液（濃度 1000mg/L ）和汞標準溶液（ 1000mg/L ）等。所用儀器包括原子熒光光譜儀、電子天平（精度 ±0.0001g ）、電熱消解儀、石英亞沸蒸餾器、移液器和容量瓶等。

2.2 儀器工作條件

負高壓為 300V ，燈電流為 75mA （砷空心陰極燈）和 30mA （汞空心陰極燈），原子化溫度為 800^°C 原子化高度為 10mm ，載氣流速為 400mL/min ，屏蔽氣流速為 1 000mL/min 。儀器預熱時間為 30min ，確保測量環境穩定。

2.3標準儲備液的配制

砷和汞的標準儲備液通過逐級稀釋法制備，準確移取一定體積的砷和汞標準溶液，分別稀釋至所需濃度。砷的標準儲備液系列濃度為 0.01，0.02，0.05，0.10， 0.20，0.50μg/mL 汞的標準儲備液系列濃度為0.001、0.002、0.005、0.010、0.020、 0.050μg/mL 。所有標準儲備液均現配現用，避免長時間放置引起濃度變化。

2.4樣品前處理

準確稱取 0.5g （精確至 ±0.0001g ）土壤樣品置于聚四氟乙烯消解罐中，加入 5mL 硝酸、 2mL 鹽酸和 1mL 高氯酸，密閉消解罐，在電熱消解儀上進行消解。消解溫度設置為 150^qC ，消解時間為 ^2h 。消解完成后，取出消解罐，冷卻至室溫，用超純水稀釋至 25mL 容量瓶中，定容并混合均勻，用于后續測定。為了確保試驗的準確性和重現性，每個樣品需要進行3次平行消解。此外，為了監控消解過程中可能產生的污染，同時進行空白試驗。空白試驗采用相同體積和類型的消解試劑，但不加入土壤樣品。

2.5樣品測定

樣品測定前，首先用標準儲備液對儀器進行校準。將砷和汞的標準儲備液按照由低到高的濃度順序依次進樣，記錄熒光強度。根據標準溶液的熒光強度和濃度，繪制標準曲線，確保標準曲線的相關系數大于0.999，以驗證儀器工作的穩定性和準確性[5。其次，將前處理后的土壤樣品溶液進樣，記錄熒光強度。最后，根據標準曲線和樣品溶液的熒光強度，計算出樣品中砷和汞的濃度。為減少試驗誤差，每個樣品溶液進行3次平行測定，并取平均值作為最終結果。在樣品測定過程中，應避免樣品溶液污染，確保移液器的準確性，定期檢查原子化器的清潔度和溫度，定期更換空心陰極燈，保持儀器的最佳工作狀態。通過上述步驟，可以得到土壤樣品中砷和汞的準確濃度，然后結合試驗數據和理論分析，可以評價原子熒光光譜法測定土壤中總碑和總汞時的適用性和準確性。

3 結果與分析

3.1測定結果與數據分布

通過測定4組土壤樣品，可得到總碑和總汞的含量，如表1所示。從數據分布來看，總砷含量介于6.95～8.59mg/kg ，總汞含量介于 0.025～0.057mg/kg_? （24號總體來看，4組樣品中總砷含量較為接近，而總汞含量則具有差異性。

表1土壤樣品總砷與總汞含量 單位：mg/kg

為了分析數據分布特征，進一步計算總神和總汞的標準偏差和變異系數。總碑的標準偏差為 0.66mg/kg 變異系數為 8.6% ；總汞的標準偏差為 0.013mg/kg 變異系數為 30.2% 。從變異系數來看，總碑含量分布較為集中，而總汞含量分布較為分散。這表明土壤樣品中總砷含量相對穩定，而總汞含量可能受多種因素影響。

3.2砷和汞的來源分析

土壤中砷和汞的來源復雜，可能包括自然源和人為源。自然源主要包括巖石風化、火山活動等地質過程，而人為源則包括工業排放、農業活動、廢棄物處理等。通過分析4組樣品的砷含量和汞含量，可以初步推測其來源[。首先，4組樣品總砷含量均較高，相對穩定。這可能表明砷的來源較為一致，主要來自自然地質過程。某些地區土壤中砷的背景值較高，可能與當地地質構造和巖石類型有關。此外，農業活動使用的含砷農藥也可能對土壤砷含量產生一定影響。然而，4組樣品砷含量較為接近，人為源影響可能較小。4組樣品總汞含量表現出一定的差異性，這表明汞來源較為復雜，既包括自然源，也包括人為源。工業排放和廢棄物處理可能導致局部地區土壤汞含量升高。汞揮發性強，容易通過大氣傳輸進入土壤，這也可能導致不同樣品汞含量的差異。

3.3砷和汞的生態風險評價

砷和汞是土壤中常見的重金屬污染物，其生態風險評價對環境保護和人體健康具有重要意義。根據《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB15618一2018），農用地土壤中碑和汞的風險篩選值分別為 30mg/kg 和 0.5mg/kg 4組樣品中，總砷和總汞的含量均低于風險篩選值，其生態風險較低，但仍需關注其潛在風險。砷和汞在土壤中的遷移性和生物有效性較高，可能通過食物鏈富集，對生態系統和人體健康產生長期影響。此外，土壤中砷和汞的含量可能隨時間和環境條件變化而改變，因此需要定期監測和評估。

3.4測定方法的準確性與可靠性

為了驗證原子熒光光譜法測定土壤中總砷和總汞的準確性與可靠性，進行加標回收試驗和精密度試驗。加標回收試驗在樣品中加入已知濃度的砷和汞標準溶液，測定其加標回收率，結果如表2所示。精密度試驗通過對同一樣品進行多次測定，計算其相對標準偏差（RelativeStandardDeviation，RSD），結果如表3所示。

表2土壤樣品測定結果的加標回收率 單位：%

表3土壤樣品測定結果的RSD 單位：%

測定結果表明，砷的加標回收率為 95.2% ～102.3% ，汞的加標回收率為 92.8%～98.7% ，均符合分析要求。碑的RSD為 2.1%～3.5% ，汞的RSD為3.8%～5.2% ，表明測定方法具有良好的精密度。經對比，原子熒光光譜法與原子吸收光譜法測定結果的一致性較高，相對偏差小于 5% ，這表明原子熒光光譜法在測定土壤中總碑和總汞時具有較高的準確性和可靠性。

4結論

隨著技術的不斷進步，原子熒光光譜法在地質環境監測、土壤污染治理中的應用前景越發廣闊。未來，應進一步優化樣品前處理技術，減少干擾因素影響，結合其他分析技術（如電感耦合等離子體質譜法）實現多種重金屬同時測定，為環境評價和污染治理提供更全面的數據支持。

參考文獻

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