浅谈原子荧光技术在水环境检测中的应用

2019-10-09孙颖

中国资源综合利用 2019年9期

孙颖

（大连路明光电工程有限公司，辽宁大连 116025）

随着社会经济的发展，人们对于用水安全提出了较高的要求。在水质检测过程中，传统的检测方式在砷、硒、锡、汞、铋等微量元素测定方面存在较大缺陷，不仅检查效率较低，而且容易造成人力、物力资源的大量浪费。在这种背景下，原子荧光技术应运而生。从技术原理来看，原子荧光技术将原子发射光谱和原子吸收光谱分析技术有效综合，其能在基态原子吸收合适的特定频率辐射的基础上，发射出特定波长的荧光，这些高能态的波形荧光能够实现水中微量元素的有效检查。现阶段，原子荧光技术在地质环保、卫生防疫等领域获得了广泛应用，规范使用原子荧光技术已经成为水环境质量检测的关键。

1 原子荧光技术的基本原理

原子荧光技术是光谱分析技术应用的基本形态，同时也是水环境微量元素检查的主要手段。从本质上讲，原子荧光技术是原子发射光谱和原子吸收光谱分析技术的进一步延伸，在原子荧光技术支撑下，气态的自由原子会吸收光源的特征辐射，并使得原子外层电子发生跃迁变化。通常，先跃迁到较高能级再返回原有基态是原子外层电子跃迁变化的主要特征[1]。现阶段，国外进行了原子荧光技术的进一步研究，并在原子荧光技术的基础上，进行了氢化物发生与原子荧光光谱分析技术的结合，这使得原子荧光技术的应用范围更广，原子荧光技术在化学、物理、环境科学等领域获得了广泛应用。

从应用过程来看，氢化物发生-原子荧光光谱法在当前环境科学领域的应用较为广泛，尤其在水环境检测中，其能有效地实现砷、硒、锡、汞、铋等微量元素的检测。具体而言，该检测方式以硼氢化钾或钠作为还原剂，然后将还原剂投入到酸化过的样品溶液，此时，溶液中需要分析的微量元素会发生还原反应，并转化为挥发性共价气态氢化物。当这些共价气态氢化物导入到原子化器中时，利用氩氢火焰即可使其进一步转变为基态原子。基态原子吸收光源能量后会发生跃迁变化，并且荧光光源的强度和测元素的浓度呈正相关。测量实践中，人们只需要观测荧光光源的强度值，即可实现水环境中微量元素的有效检测。

第一次鸦片战争后，西方侵略者虽然通过《中英江宁条约》《中美望厦条约》等打开了中国的大门，但是，对华贸易并没有出现他们所设想的持续性的增长。因此，西方侵略者不满足已经取得的特权，企图向清政府索要更多的特权，从而进一步打开中国市场。1854年和1856年，英国分别联合美国、法国向清政府提出“修约”，要求开放中国内地，公使常驻北京，鸦片贸易合法化，皆被拒。1856年10月，英国借口“亚罗号事件”，挑起了第二次鸦片战争。清政府战败后，又被迫签订一系列不平等条约，关税制度不得不按西方列强的要求作进一步的修改。

2 原子荧光技术的类型及使用特征

现阶段，原子荧光技术在物化生产和环境科学中的应用愈发普遍。就使用类型来看，共振荧光、非共振荧光与敏化荧光是原子荧光技术常见的三种应用形态[2]。

现阶段，原子荧光技术在水环境检测项目中的应用愈发广泛。某社区供水工程建设中，工作人员利用荧光技术进行了砷标准溶液和硒标准溶液的规范检测，检测过程如下。

非共振荧光包含直跃线荧光、阶跃线荧光、anti-Stokes 荧光三种形式，这些原子荧光技术的激发光与荧光具有不同的波长。例如，就直跃线荧光而言，其激发线能级间隔明显高于荧光的能级间隔；在阶跃线荧光使用中，荧光波长大于激发线波长；anti-Stokes荧光的能量供给具有多源性，其包含了光源和热能两种能量供应方式。

就共振荧光而言，其原子外层电子激发线与荧光线具有相同的能量等级，即原子吸收的光和发射荧光的波长一致。需要注意的是，在共振荧光使用过程中，一旦原子受热激发处于亚稳态，则需要吸收辐射进行再次激发，从而达到共振荧光的效果。

某社区供水工程建设中，为保证社区居民用水安全，故对接入水系统的水源质量进行原子荧光技术检测。本检测试验采用AFS-3100 型号双道原子荧光光度计设备；荧光灯光源采用砷和硒高性能空心阴极灯。此外，砷标准溶液和硒标准溶液选择经过国家标准物质中心处理的生活饮用水，同时硼氢化钠溶液的浓度为20 g/L，盐酸溶液为浓度12%的优级纯。

3 原子荧光技术在水环境检测中的应用要点

利用原子荧光技术进行水环境质量检测时，试验步骤的规范程度会直接影响原子荧光技术的应用水平和微量元素检测精度。因此，在原子荧光技术水环境质量检测中，试验人员应注重以下步骤的严格规范。其一，进行试验试剂和标准溶液的规范选择，通常，人们需要准备氢氧化钠溶液、水、盐酸以及硼氢化钾溶液等原子荧光技术试剂或溶液。其二，准备原子荧光光度计和玻璃器皿等试验器材，并对原子荧光光度计进行校正处理，确保设备使用的规范性。其三，试液配制是原子荧光技术检测应用的关键。譬如，就砷标准溶液而言，其应在标准液的基础上，分不同容量加入混合溶液，然后利用盐酸溶液对混合液进行滴定处理，盐酸溶液的浓度需保持在12%左右。当溶液搅拌均匀后，需静置15 min以上，然后进行原子荧光光谱测定。其四，利用295 V 高压光电倍增管进行原子荧光测定，相关仪器的使用需满足以下指标，如表1所示。

本供水工程水质检测实践中，为确保原子荧光技术水环境质量检测的高效性，工作人员对试验材料设备准备和试验过程进行严格规范。

3.1 原子荧光技术的应用方法

水环境质量检测过程中，原子荧光光谱法是原子荧光技术应用的关键所在。就检测应用过程而言，原子荧光光谱法综合了发射光谱法和收光谱法，然后利用激发光源照射被检测物质，使得检测试液的原子保持在活跃激发状态并发出原子荧光。试验期间，若水中含有易挥发的微量元素，则这些微量元素会与还原剂发生作用，并产生共价氢化物。检测实践中，人们只要在相应仪器的支撑下，将共价氢化物原子化，即可实现原子荧光技术的检测操作，并准确地把控水试样中的微量元素含量，提升水环境检测质量。

3.2 原子荧光技术的应用步骤

作为一种高效化、专业化的水环境质量检测手段，原子荧光技术的应用需注重材料设备、试验步骤的严格把控。

表1 原子荧光技术检测设备应用标准

3.3 原子荧光技术检测结果精度分析与评价

精密度偏性试验是原子荧光技术检测水环境质量的必要环节。在该试验下，人们可以获得荧光技术检测的空白批内标准差数值，然后将该数值与原子荧光技术检测限度值进行对比，即可实现水环境检测精度的准确把控。通常，原子荧光技术检测限度值为0.177 μg/L，同时对比观察时间需保持在5 s 左右。最后，当原子荧光技术检测结束后，应对所有的样品进行比较，然后计算样品中微量元素的回收率，并结合回收率的具体数字，评价水环境质量。

4 原子荧光技术在水环境检测项目中的具体应用

理性从启示、哲学从信仰中剥离出来并获得独立的形态，并不意味着宗教的消除，正如卡西尔所言：“启蒙运动最强有力的精神力量不在于它摒弃信仰，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在启示与理性、信仰与哲学的博弈中，“宗教信念应该像任何别的命题一样接受检验——由理性证据来检验”［17］26。启蒙扬弃了宗教的外在形式，形成了新的宗教形态——知性宗教。

Spatial network structure of Huaihai Economic Zone based on traffic

4.1 项目概况

在使用敏化荧光的过程中，受光源激发的原子会和另一种原子发生碰撞，并实现激发能量的转移。此时，后者原子发射的荧光即为敏化荧光。需注意的是，敏化荧光仅能在非火焰原子化器中进行观测。

4.2 原子荧光技术试验过程

研究组中，AOFAS评分为优12例，良7例，中2例，差0例，优良率为90.5%，其中，有2例出现拇趾轻度屈曲畸形。对照组中，AOFAS评分为优9例，良16例，中5例，差0例，优良率为83.3%。研究组患者的优良率高于对照组，但差异无统计学意义（P＞0.05），见表2。

就试验材料设备准备而言，砷和硒高性能空心阴极灯的电流选择是其控制的首要内容。空心阴极灯调试过程中，试验人员发现，当砷的空心阴极灯电流在20～50 mA 时，电子荧光灯强度越大，阴极灯电流也就越大，最终确定砷的空心阴极灯的最佳电流为60 mA；而在硒空心阴极灯调试过程中，阴极灯电流与电子荧光灯强度呈现出反比例相关关系，故而设定其最佳电流为20 mA。其次，在原子化器高度确定过程中，要确保砷荧光强度和硒荧光强度能在相应平台上显示，原子化器的高度需分别保持在7～10 mm和5～12 mm。试验期间，试验人员将原子化器高度控制在8 mm，为后期荧光强度检测奠定了基础。在其流量控制中，砷和硒的荧光强度与载气流量呈反比，为避免砷和硒的荧光强度过小，本项目中，其流量保持在400 mL/min。此外，硼氢化钠溶液的浓度在10～25 g/L 时，砷的荧光强度比较稳定。然而，随着硼氢化钠溶液浓度的增加，砷的荧光强度会逐渐降低，因此本试验硼氢化钠溶液的浓度保持在20 g/L。

合作学习应该是全体小组成员的合作学习，每一个小组成员都是学习的主体。教师要重点观察个别学生消极学习的现象，这些学生往往依赖于其他小组成员，缺乏参与的主动性，教师要通过观察，及时加以引导，激发消极学生兴趣，使全体小组成员主动参与合作学习。

试验期间分别对砷标准溶液和硒标准溶液样品进行分组处理，其规格依次为1.0 ng/mL、2.0 ng/mL、4.0 ng/mL、8.0 ng/mL、10.0 ng/mL、20.0 ng/mL。当所有样品分组完成后，对其进行夜冷消化处理；然后利用酒精灯进行加热；标准液中水分彻底蒸发后，滴入硼氢化钠溶液继续加热，硼氢化钠溶液滴量为1 mL。需要注意的是，为确保试液制备的标准，本次试验先用去离子水代替试样，然后在双道原子荧光光度计、砷、硒高性能空心阴极灯的支持下，对含砷10 ng/mL 和含硒20 ng/mL 试液中的微量元素进行检测。

4.3 试验结果检验

本供水工程水环境质量检测中，原子荧光技术检测结果如表2所示。

表2 原子荧光技术下砷、硒线性范围试验结果

由表2 可知，当试样浓度保持在1～10 ng/mL 时，砷的标准曲线线性关系良好，其相关系数为0.999 7，并且计算可知砷if值回归方程为if=22.006C-2.990；而在硒（if值）检测过程中，其标准曲线线性关系良好的试液浓度范围为2.0～20.0 ng/mL；相关系数和回归方程分别为0.994 和if=30.941C-9.121。最后，在观测原子荧光光度计、双道原子荧光光度计设备读数的基础上，项目工作人员将准空白溶液的荧光信号纳入考虑范围，确定砷、硒的检出限。其中，砷的检出限为0.01 ng/mL，硒的检出限为0.02 ng/mL。

三是实行税收优惠政策。商城县政府应根据实际情况，适当给予旅游企业相应的税收优惠政策，抓住旅游业发展契机，培植新的税收增长点，为旅游业营造公平、有序的良性生存环境，进而促进旅游业健康发展。

利用空白溶液对原子荧光技术测定结果进行检验时，设定连续检测天数为11 d，每天测定一次，结果发现，砷的相对标准偏差为在1.4%～4.1%，而硒的相对标准偏差在2.5%～7.6%；测量误差尚处于原子荧光技术水环境质量测定允许误差范围，即检测结果具有有效性。