便携式与常规原子荧光光谱仪测定砷、硒、汞元素的对比研究

邱烨郝欣刘鑫刘金荣2陈璐2李赛男2田融冰2高峰

(1.北京海关技术中心，北京 100026；2.北京北分瑞利分析仪器(集团)有限责任公司，北京 100095)

1 前言

环境问题一直以来是世界各国普遍关注的焦点，随着科学技术的发展，环境污染，尤其是重金属污染问题也越来越严重，分析仪器的检测能力也面临着严峻考验[1]。常规对环境样品的检测方式通常是现场取样，然后送到实验室进行分析检测，在送样过程中不可避免的会发生样品的污染或损失，从而影响检测的准确性，而且在发生突发的污染情况或紧急事件时，实验室测定已经远不能满足人们对于检测及时性的需求[2]。分析仪器也在不断地向小型化，便携式原位分析的方向发展[3-5]。

原子荧光光谱分析是光谱分析中的重要组成部分[6]，在重金属检测分析中占有重要的地位。随着对检测及时性需求的不断提高，原子荧光也在朝着小型化和现场快速测定的方向发展。本实验通过对比便携式仪器与常规荧光仪器在实验室条件下砷，硒，汞元素的检测结果，考察了便携式原子荧光光谱仪的测试能力，此外，通过对环境水样中砷元素的现场测试，考察了便携式仪器的现场测试能力，测试结果良好。

2 仪器简介

便携式原子荧光光谱仪是在传统原子荧光仪器的基础上，对各个模块进行了技术的改进和集成，仪器体积小，重量轻，可携带到现场进行重金属污染的快速检测。便携式仪器与常规荧光仪器相比，具有以下特点：

(1)在供电系统的设计上，采用高容量锂离子电池。整机累计工作时间不小于8小时，能够满足现场测试的需求。

(2)在进样系统模块的设计上，进行高度集成化和模块化系统设计，实现总功率小于2W，此外，增加了对进样系统的温度控制，保证了在较低环境温度下的检测能力。

(3)在原子化系统的研发上，研制了平均功耗小于5W的新型原子化器，满足野外现场检测对频繁运输造成的颠簸和振动的特殊要求。

(4)光源的选择，在采用传统的高性能空心阴极灯的基础上，灯电源使用高性能高压直流电源模块控制。

(5)在光源对光系统的设计上，设计了全新的封闭式对光技术，通过软件直接观察光斑位置，方便用户对光斑的调节。

(6)在检测系统的开发上，采用小型日盲光电倍增管，集成式高压模块和高灵敏前置放大系统，进一步减小了对空间的占用。

(7)在尾气排放上，设计内置式尾气排放及净化系统，减少废气排放。

(8)在通讯接口的开发上，采用基于低功耗蓝牙的无线通讯技术。

(9)针对行业应用的特点，内嵌GPS定位模块，实时提供当前检测地点的位置信息。

(10)在分析检测的过程中，提供固体压片的酸和硼氢化钾，解决了液体酸不易携带的问题。

3 实验部分

3.1 仪器与设备

PAF-1100型便携式原子荧光光谱仪，AF-2200型原子荧光光谱仪，北京北分瑞利分析仪器(集团)有限责任公司；AFS-920型原子荧光光度计，AFS-9130型原子荧光光度计，北京吉天仪器有限公司；AFS-8500原子荧光光度计，北京海光仪器有限公司。

高纯氩气，北京氦普北分气体工业有限公司；

高性能空心阴极灯，北京有色金属研究总院。

3.2 标准溶液与试剂

单元素砷、硒、汞标准溶液，中国计量科学研究院；环境标准样品水质砷，环境保护部标准样品研究所；模拟天然水基体单元素硒、汞溶液标准物质，国家地质实验测试中心；大米粉成分分析标准物质，国家粮食局科学研究院；生物成分分析标准物质，地球物理地球化学勘察研究所；盐酸，分析纯，硝酸，分析纯，北京化工厂；硼氢化钾，分析纯，东方化工厂。

以上标准溶液和标准物质在实验过程中根据相关国标方法处理后稀释使用，实验用水均为超纯水。

3.3 实验内容

3.3.1室内对比实验

分别优化便携式仪器和常规荧光仪器在测定砷、硒、汞元素时的测量条件，采用标准溶液建立待测元素的标准曲线。根据相关的国标方法对环境水基体样品中砷、硒、汞进行处理，采用微波消解处理食品样品(大米粉、绿茶粉)，经过处理后的样品溶液分别在常规荧光仪器和便携式仪器上进行测试，对比3个实验室采用不同仪器的测试结果。

3.3.2现场测定及对比实验

便携式仪器体积小，能够满足现场检测的需求。在室外条件下，用超纯水溶解酸及硼氢化钾压片，制备一定浓度的载流和硼氢化钾溶液。优化便携式仪器对砷元素的测试条件，采用标准溶液建立标准曲线。现场采取水样，同时制备3个平行样，经过滤及酸化处理，定容后上机测试，每个样品测测定3次，取其平均值。同时对环境标准样品砷进行测试，测定3次，取平均值。处理好的水样一部分即刻使用便携仪器测定，一部分尽快携带回实验室进行测定，并将测试结果进行对比。

4 结果与讨论

4.1 室内测试标准样品结果对比

将环境水标准样品、大米粉样品、绿茶样品经过处理后上机检测，实验室A采用AFS-920型原子荧光光谱仪进行测试，测试结果如表1所示。

表1 实验室A对水样标准物质及食品样品的测定结果

续表1

注：水质样品采用单位为μg·L-1，食品样品采用单位为mg·kg-1

实验室B采用AFS-9130型原子荧光光谱仪进行测定，结果如表2所示。

表2 实验室B对水样标准物质及食品样品的测定结果

注：水质样品采用单位为μg·L-1，食品样品采用单位为mg·kg-1

实验室C采用AFS-8500原子荧光光度计进行测定，结果如表3所示。

表3 实验室C对水样标准物质及食品样品的测定结果

注：水质样品采用单位为μg·L-1，食品样品采用单位为mg·kg-1

从3家实验室的检测数据可以看出，在测定水质标准样品时，便携式仪器有常规荧光仪器具有相当的检测能力，测定值同标准值吻合，表明便携式仪器能够用于环境水样中砷、硒、汞元素的测定，操作简单，准确度可靠，能够满足分析要求。食品样品测试对比结果显示，测试结果普遍偏低，表明对于基体复杂的食品样品，经过微波消解等前处理过程，可能造成了待测元素的损失，从仪器的检测能力来看，便携式仪器与常规荧光仪器在测试复杂样品时，能够达到相当的检测检测效果。

4.2 现场测定实验结果对比

本实验选择了清河作为现场测定的地点。在实验地点调整和优化测量参数，测定水样中砷元素的含量，并以环境水标准物质作为参考，以验证测试结果的准确性。选用AF-2200型原子荧光光谱仪进行实验室测定，测试结果对比如表4所示。

表4 便携式仪器现场测定与常规荧光室内测定结果对比

注：本实验选取的标准水样中砷浓度参考值为34.8±2.9μg·L-1

从表4中可以看出，便携式仪器并未检测到环境水样中的砷元素，这主要是由于水样中待测元素浓度低于仪器的检出限所致。对比便携式仪器在室外现场对标准水样中待测元素的测试，测定结果可靠，表明便携式仪器能够满足户外对该元素的测试要求。

5 结论

通过便携式原子荧光光谱仪对标准水样及食品样品中砷、硒、汞元素的测定，并与常规原子荧光光谱仪测量对比，在实验室条件下，便携式仪器能够达到与常规荧光仪器相当的检测能力，能够对待测元素给出可靠的测试结果。此外，仪器在能耗、配套气源、分析性能等方面具备现场快速测定的能力，通过便携式仪器现场对水样的测定，表明其在户外对水环境样品的测试结果可靠，能够满足现场测试需要。因此，便携式原子荧光光谱仪在现场快速测量，尤其是环保及水质监测等领域具有较好的发展和应用前景。