水浴消解- 原子熒光法同時測定沉積物中的汞和鉍

孫倉

（遼寧省生態環境監測中心，遼寧沈陽 110161）

1 引言

汞和鉍為人體非必需元素，可在人體累積引起中毒。汞和鉍測定方法常見的有原子熒光法、電感耦合等離子體－質譜法、原子吸收分光光度法等。原子熒光法是一種優良的痕量分析方法，具有儀器結構簡單、靈敏度高、檢出限低、適合多元素分析等優點，已廣泛應用于地質、金屬材料、環境、食品、醫藥等不同領域。在實際工作中，如果某些元素能夠同時測定，不僅可減少試劑用量，降低廢液排放，節省分析成本，而且工作效率也會大大提高。曹霞等［1］利用原子熒光法同時測定化妝品中的砷和汞，鄧勖等［2］采用原子熒光法測定了中藥材中硒和鉍，楊小斌等［3］、袁源等［4］分別利用原子熒光法測定了土壤和植物源性食品中的硒和鍺，宋姍娟等［5］、連小安等［6］也都利用原子熒光法同時測定土壤與鐵合金中汞和砷等元素，同樣都取得了較好的結果。本研究通過優化相關條件，建立了沉積物中的汞和鉍同時測定的水浴消解－原子熒光法。

2 試驗部分

2.1 儀器與主要試劑

儀器：原子熒光光譜儀（AFS－9330，北京吉天儀器有限公司）；汞空心陰極燈（北京吉天儀器有限公司）；鉍空心陰極燈（北京吉天儀器有限公司）。

試劑：汞標準儲備溶液（100 μg/mL，生態環境部標準樣品研究所）；鉍標準儲備溶液（100 μg/mL，生態環境部標準樣品研究所）；鹽酸（優級純，德國默克公司）；氫氧化鈉（分析純，天津科密歐有限公司）；硼氫化鉀（分析純，天津科密歐有限公司）。

2.2 樣品前處理

稱取經過風干、縮分、混勻、研磨并通過0.149 mm孔徑篩的沉積物樣品0.5 g（精確至0.000 2 g）于50 mL具塞比色管中，加少許水潤濕樣品，加入（1＋1）王水10 mL，加塞搖勻，放入沸水浴中，消解2 h，其間搖動2～3 次，取出冷卻后，用去離子水稀釋至刻度線，加塞上下顛倒混勻，靜置，取上清液待測。

2.3 混合標準溶液的配制

將汞和鉍標準儲備溶液逐級稀釋到標準工作溶液（汞10 μg/L，鉍100 μg/L），分別移取0，1.00，2.00，4.00，8.00，10.0 mL 標準工作溶液于6 個100 mL 容量瓶中，各加入5.0 mL 濃鹽酸，純水定容。則混合標準溶液汞的濃度分別為0，0.10，0.20，0.40，0.80，1.00 μg/L，鉍的濃度分別為0，1.00，2.00，4.00，8.00，10.00 μg/L。

2.4 儀器工作條件

負高壓為270 V，汞空心陰極燈電流為30 mA，鉍空心陰極燈電流為80 mA，載氣流量為300 mL/min，屏蔽氣流量為700 mL/min，原子化器高度為10 mm，讀數方式為峰面積，讀數時間為9 s，延遲時間為1 s。

2.5 測定

原子熒光光譜儀器雙道分別安裝好汞、鉍空心陰極燈，設置好儀器條件，預熱30 min 以上，以5.0%的鹽酸溶液作載流液，1.0%的硼氫化鉀作還原劑，雙道同時測定。

3 結果與分析

3.1 測定條件的優化

3.1.1 燈電流和負高壓對熒光強度的影響

負高壓和燈電流的高低與儀器的檢出限、靈敏度和穩定性有直接的關系。以混合標準溶液（汞濃度為0.20 μg/L，鉍濃度為2.00 μg/L）為測定對象，改變負高壓和燈電流，觀察熒光強度的變化。負高壓對熒光強度的影響見圖1。

圖1 負高壓對熒光強度的影響

燈電流對熒光強度的影響見圖2。

圖2 燈電流對熒光強度的影響

由圖1 和圖2 可知，隨著負高壓和燈電流的增大，汞和鉍熒光強度逐漸升高，噪音空白也隨之升高。由于兩者的靈敏度較高，負高壓和燈電流也不宜過高，綜合考慮，確定負高壓為270 V，汞燈電流為30 mA，鉍燈電流為80 mA。

3.1.2 原子化器高度的選擇

原子化器的高度決定了激發光源照射在氬氫火焰上的位置。以混合標準溶液（汞濃度為0.20 μg/L，鉍濃度為2.00 μg/L）為測定對象，調整原子化器高度，觀察熒光強度變化情況。由圖3 可知，隨著原子化器高度增加，汞、鉍兩者噪音空白略有下降，標液熒光強度逐漸增大，當高度為10 mm 時，熒光強度達到最大，繼續增大高度，熒光強度又略有下降。確定原子化器高度為10 mm。

圖3 原子化器高度對熒光強度的影響

3.1.3 載氣和屏蔽氣流量的選擇

載氣和屏蔽氣流量的大小對熒光強度有明顯的影響。以混合標準溶液（汞濃度為0.20 μg/L，鉍濃度為2.00 μg/L）為測定對象，觀察載氣和屏蔽氣流量變化對熒光強度的影響。載汽流量對熒光強度的影響見圖4。

圖4 載氣流量對熒光強度的影響

屏蔽氣流量對熒光強度的影響見圖5。

圖5 屏蔽氣流量對熒光強度的影響

由圖4 可知，當載氣流量為200 mL/min 時，汞和鉍熒光強度都較大，但穩定性偏差，載氣流量增大，兩者熒光強度降低，穩定性變好，確定載氣流量為300 mL/min。由圖5 可知，當屏蔽氣流量增大，汞熒光強度逐漸升高，但鉍熒光強度在屏蔽氣流量為700 mL/min 時最大，隨后有下降趨勢。綜合兩者考慮，確定屏蔽氣流量為700 mL/min。

3.1.4 酸度的確定

以混合標準溶液（汞濃度為0.20 μg/L，鉍濃度為2.00 μg/L）為測定對象，考察4 種酸度（5%，10%，15%，20%鹽酸）對熒光強度的影響。由圖6 可知，隨著酸度的增大，鉍熒光強度有逐漸下降的趨勢，汞熒光強度變化不大。確定5%的鹽酸作為介質酸度。

圖6 酸度對熒光強度的影響

3.1.5 還原劑濃度的確定

以混合標準溶液（汞濃度為0.20 μg/L，鉍濃度為2.00 μg/L）為測定對象，考察4 種質量濃度（0.5%，1.0%，1.5%和2.0%）的還原劑硼氫化鉀溶液對熒光強度的影響。由圖7 可知，當還原劑硼氫化鉀濃度增大時，汞噪音空白呈略微下降趨勢，汞熒光強度呈逐漸下降的趨勢；鉍噪音空白略有上升，鉍熒光強度在1.0%時達到最大，隨后劇烈下降。確定還原劑濃度為1.0%。

圖7 還原劑濃度對熒光強度的影響

3.2 特性指標的測定

3.2.1 標準曲線的測定

標準曲線（汞濃度為1.00μg/L，鉍濃度為10.00μg/L）線性良好，汞和鉍標準曲線斜率分別為1 159 和253.8，相關系數皆為0.999 8。汞標準曲線回歸情況見圖8。

圖8 汞標準曲線

鉍標準曲線回歸情況見圖9。

圖9 鉍標準曲線

3.2.2 方法檢出限及精密度的測定

進行7 次空白重復試驗，當取樣量為0.5 g 時，根據方法檢出限計算公式：MDL＝t（n－1，0.99）×S，其中，t（n－1，0.99）為自由度為n－1、置信度為99%時的t 值，為3.143；S 為7 次重復測定值的標準偏差，計算得出方法檢出限為：汞為0.001 0 mg/kg，鉍為0.000 6 mg/kg。檢出限的測定結果見表1。

表1 檢出限的測定結果

選取3 個不同濃度含量的實際樣品，每種樣品分別進行6 次平行測定，汞和鉍的相對標準偏差（RSD）分別為2.04%～3.73%和1.09%～2.03%，結果見表2。

表2 精密度的測定結果

3.2.3 方法準確度的測定

選取低、中、高3 個不同濃度含量的標準樣品，每個樣品分別進行6 次平行測定，結果見表3。由表3 可知，標準樣品的測定結果均在保證值范圍內。

表3 標準樣品的測定結果

4 結論

采用水浴消解－原子熒光法同時測定沉積物樣品中的汞和鉍，混合標準曲線相關系數皆為0.999 8，方法檢出限分別為0.001 0，0.000 6 mg/kg，相對標準偏差分別為2.04%～3.73%和1.09%～2.03%，標準樣品測定結果準確。本方法操作簡單，使用成本較低，前處理設備簡單，僅用水浴鍋即可，適合用于環境監測部門大批量樣品中汞和鉍的同時快速測定。