根据国标GB/T 5750—2006原子荧光法测定水中汞的验证

王振华，姜 蕾

(上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司，上海 200082)

《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750—2006)规定了自来水中汞的测定方法[1]，也是目前在用的检测方法[2]，分别为原子荧光法、冷原子吸收法、双硫腙分光光度法和电感耦合等离子体质谱法。其中，原子荧光法和冷原子吸收光谱法尤为常用[3]，而原子荧光法除了具有检出限低、灵敏度高的特点外，相比冷原子吸收法操作更简单，受水样基体干扰小[4]，且设备相对价格更低，是测量水中痕量汞最主要的方法[5]。

GB/T 5750—2006 中原子荧光法测汞的最低检测质量浓度为0.1 μg/L，而《上海市生活饮用水地方标准》(DB31/T 1091—2018)[6]规定水中汞的限值为0.000 1 mg/L(0.1 μg/L)，等同于前者的最低检测质量浓度。因此，有必要对GB/T 5750—2006原子荧光法测汞对上海市地方标准的方法适用性进行新的验证，以确保检测数据可靠可用。

另一方面，在实际测样过程中发现，汞的荧光强度会随着测样次数的上升持续上浮，影响检测数据，这一问题在很多文献中都有提及，主要是由于汞标准空白升高[7-10]。解决方法无外乎几种：一是提高外部器具的纯度和洁净度，如试剂[7,10]、样品管[11]、容量瓶等[12]；二是保持仪器内部的稳定和洁净，如充分预热汞灯[9]、做完样品充分清洗管路[11]等；三是当荧光强度上浮时，重新绘制标准曲线再测余下的样品，上浮时再重新绘制[8-9,13]。除此之外，需控制实验室温湿度[12]、减少进样量[14]、调整硼氢化钾质量浓度[15]、采取冷原子荧光法测定[16-17]等。

本文预通过试验验证GB/T 5750—2006原子荧光法测汞对上海市地方标准的适用性，同时，为实际测样过程中汞标准空白升高的问题提出具体的解决方法和建议。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

AFS-3100 双道原子荧光光度计：北京海光仪器有限公司；MILLI-Q纯水机：Millipore公司，美国。

盐酸(优级纯)；抗坏血酸(分析纯)；硼氢化钾(分析纯)；无水溴酸钾(分析纯)；溴化钾(分析纯)；盐酸羟胺(分析纯)；汞单元素溶液标准物质(1 000 μg/mL)：中国计量科学研究院；汞有证标准样品(GSB 07-3173-2014)，(5.15±0.42)μg/L，环保部标准样品所。

1.2 仪器工作条件

负高压为280 V，灯电流为30 mA，载气流量为400 mL/min，屏蔽气流量为800 mL/min，读数时间为18 s，延迟时间为2 s，原子化器高度为10 mm。选择仪器自动配标法测定标准溶液荧光强度。

1.3 标准曲线的制备

将汞标准物质(1 000 μg/mL)逐级稀释成质量浓度为100 μg/L的标准使用液，稀释过程不另外加酸，稀释液为超纯水。分别吸取100 μg/L汞标准使用液1.00、0.50、0.00 mL于3个100 mL容量瓶中，分别加入5.00 mL盐酸，用去离子水定容，配成质量浓度为1.00、0.50、0.00 μg/L的标准溶液。其中，1.00 μg/L标准溶液作为标准曲线母液，仪器自动配标，自动配标浓度分别为0.00、0.10、0.20、0.30、0.50、0.80、1.00 μg/L。0.50 μg/L标准溶液作为内控，0.00 μg/L标准溶液作为试剂空白。

1.4 样品的制备

取10.00 mL水样于比色管中，加入0.5 mL盐酸、0.5 mL溴酸钾-溴化钾溶液(2.784 g无水溴酸钾及10 g溴化钾溶解定容至1 000 mL)，摇匀放置20 min后，加入1～2滴盐酸羟胺溶液(100 g/L)，使黄色褪尽，摇匀。

1.5 试验方法

1.5.1 原子荧光测汞的方法确认

在本试验条件下，对GB/T 5750—2006原子荧光法测汞进行方法确认。

(1)仪器预热时间和试验温湿度

在不吸入标准、样品和试剂的情况下，测定不同温湿度条件下空气中汞的空白荧光强度，观察仪器的漂移情况，确定仪器预热时间，并筛选适合的试验温湿度。

(2)检出限、精密度和加标回收的测定

在筛选得出的试验温湿度条件和预热时间下，对试剂空白样品连续测定11次，确定仪器检出限。同时，测定仪器精密度和加标回收率。

1.5.2 原子荧光测汞的方法优化

在筛选得出的试验温湿度条件和预热时间下，对某一个自来水样品连续测定100次，比较只绘制1次标准曲线和每测10个样品重新绘制标准曲线后数据的差异。

2 结果与讨论

2.1 仪器预热时间和试验温湿度

GB/T 5750—2006(以下简称国标)原子荧光法测汞要求，仪器在最优条件下，预热30 min后进行测定。本试验在仪器最优条件下预热60 min(不吸入标准、样品和试剂，只测空气)，记录期间的空白荧光强度变化。同时，比较不同温湿度组在预热期间空白荧光强度的变化情况，结果如图1所示。

图1 不同温度湿度下汞灯荧光强度的变化Fig.1 Changes of Hg Fluorescence Intensity under Different Temperatures and Humidity

由图1可知，随着时间的推移，各试验组的荧光强度逐渐上升，说明仪器内部出现明显的基线漂移现象，这与前人的研究结果一致[7-10]，也解释了国标为何要预热仪器30 min。总体来看，除了19.6 ℃-36%温湿度组在第5 min以后荧光强度增幅变缓以外，其他4组的荧光强度增幅变化不大，说明即便预热30 min以上，后续仪器仍然可能会出现持续基线漂移现象。另一方面，温度越高，初始荧光强度越高，此时仪器灵敏度越高。

其次，19.6 ℃-36%温湿度组与19.9 ℃-56%温湿度组相比，前者的初始荧光强度更高，这可能与19.9 ℃-56%组的湿度较高有关。研究指出，湿度过大，易引起散射干扰，造成荧光猝灭，导致荧光强度降低[12]。此外，低湿度组(13.7 ℃-44%和19.6 ℃-36%)的荧光强度随时间推移上升幅度相对较缓。其中，19.6 ℃-36%组的湿度是5组试验组中最低的，荧光强度稳定最快，稳定后的递增幅度也最小，这从另一方面说明，湿度低有利于减缓热漂移效应，荧光强度更趋于稳定。

综合各组试验结果，测样前应充分预热仪器，预热时间越长，湿度越低，越有利于仪器的稳定。温度越高，仪器灵敏度越高。在兼顾仪器稳定性和检测效率的情况下，本试验选择室温19.9 ℃、湿度36%、预热仪器1 h，作为后续检测试验的条件。

2.2 检出限测定

在温度为19.9 ℃、湿度为36%条件下，仪器预热1 h后，对11份试剂空白进行测定，检出限为仪器自动计算。计算公式为：DL=3×SD/K。其中，SD为连续11次测定试剂空白荧光值的标准偏差，K为工作曲线的斜率，结果如表1所示。

表1 汞的检出限Tab.1 Detection Limit of Hg

工作曲线的拟合公式为y=546.8x+5.443，R=0.999 2，斜率K=546.8，标准空白荧光强度为172.164。其中，标准空白测定的是试剂空白水样。

由表1可知，本方法的最低检出限为0.01 μg/L，国标原子荧光法测汞的最低检测质量浓度为0.1 μg/L。说明，本方法的检出限不仅能满足国标要求，且能检测质量浓度更低的水样。

2.3 精密度和加标回收

在温度为19.9 ℃、湿度为36%条件下，仪器预热1 h后，测定仪器精密度和加标回收率，结果如表2、表3所示。加标回收试验中，样品本底值为0.10 μg/L，加标量为0.10 μg/L。

表2 汞的精密度Tab.2 Precisions of Hg

由表2可知，本方法对质量浓度为0.50 μg/L和0.10 μg/L的标准溶液连续测定6次的相对标准偏差分别为3.58%和5.00%，国标原子荧光法测汞的相对标准偏差小于6.8%。由表3可知，本方法加标回收率为101%～120%，国标原子荧光法测汞的加标回收率为86.7%～120%。综上，本方法的精密度满足国标要求。

表3 汞的加标回收率Tab.3 Standard Recovery Rate of Hg

2.4 原子荧光测汞方法的优化

在温度为19.9 ℃、湿度为36%条件下，仪器预热1 h后，对某一个自来水样品连续测定100次，比较只绘制1次标准曲线和每测10个样品重新绘制标准曲线后水样、内控、有证质控样品检测值的差异，以及每测10个样品重新绘制的标准曲线之间的差异、最高质量浓度点和标准空白的变化情况。

2.4.1 自来水样品测定值的变化

图2和图3分别为只绘制1次标准曲线和每10个样品重新绘制标准曲线时，连续测定100次同一水样的结果。

图2 只绘制1次标准曲线的自来水样品汞质量浓度变化Fig.2 Changes of Hg Concentration of Tap Water Samples Only One Standard Curve Used

图3 每10个样绘制1次标准曲线的自来水样品汞质量浓度变化Fig.3 Changes of Hg Concentration of Tap Water Samples with Recalibrating Standard Curves by Every 10 Samples Determined

由图2可知，只绘制1条标准曲线时，样品质量浓度随检测次数的增加持续上升，在第40～50次趋于稳定，稳定后的值为初始检测值的6～7倍。

由图3可知，每10个样品绘制1次标准曲线后，样品值稳定得多，90%的检测值处于0.09～0.12 μg/L，没有出现检测值持续上升的现象。

2.4.2 内控和质控样测定值的变化

在2.4.1的基础上，测定样品前以及之后每测定10次样品时，加测1次汞质控和内控样品，比较内控和质控样品检测值的变化情况，结果如图4、图5所示(横坐标的数值0，1，2，…，10对应的是测定第0次水样后，第10次水样后，第20次水样后，…，第100次水样后的质控和内控样品数值)。

图4 只绘制1次标准曲线汞质控和内控样品质量浓度变化Fig.4 Changes of Hg Concentration of Certified Standard Samples and Quality-Control Samples Only One Standard Curve Used

图5 汞质控和内控样品质量浓度变化Fig.5 Changes of Hg Concentration of Certified Standard Samples and Quality-Control Samples

其中，汞质控证书值为(4.23±0.36)μg/L，证书要求稀释25倍，实际检测时稀释800倍，按此稀释条件，汞质控的证书值应折算为(0.13±0.01)μg/L；汞内控样品实际配置质量浓度为0.10 μg/L。

由图4可知，质控和内控样品只在最开始的时候处于可接受的质量浓度范围，之后出现数据上浮，在测定水样第40次以后，质控和内控样品的质量浓度趋于稳定。

由图5可知：重校标准曲线后，汞质控样品的质量浓度在0.12～0.13 μg/L，均处于证书可以接受的范围，即(0.13±0.01)μg/L；而汞内控样品的质量浓度在0.09～0.11 μg/L，误差在10%以内。说明，重校曲线后的检测值在可信区间之内。

质控和内控样品的差异情况和自来水样品一致，即每10个样品重校标准曲线后的数据更稳定、更准确。

2.4.3 标准曲线和最高质量浓度点的变化

每10个样品绘制1次标准曲线，测定100个样品共绘制10条标准曲线。

表4为各标准曲线的拟合方程列表。由表4可知，标准曲线拟合方程的斜率随测样次数增加逐渐变大，从640.165增至755.806，增长了18%。标准曲线斜率不同，对于同一荧光信号值，对应的质量浓度也不同，斜率越高，对应的质量浓度越低。说明，如果不在测样期间重新绘制标准曲线，样品检测值会被计算偏高。

表4 标准曲线的变化Tab.4 Changes of Standard Curves

另一方面，第5、6条工作曲线斜率相近，对应的测样次数为第41～50次和第51～60次；第7、8、9、10条工作曲线的斜率出现反复，有降有升，对应的测样次数分别为第61～70次、第71～80次、第81～90次、第91～100次。说明，从第40个样品开始，工作曲线有趋稳的迹象，而第60个样品以后，工作曲线的斜率在上下波动的同时总体趋势变得稳定，而非一味地上升。

图6为各标准曲线最高质量浓度点(1.00 μg/L)的荧光强度变化情况。与表4的标准曲线斜率变化情况相对应，最高质量浓度点的荧光强度随测定次数的增加逐渐升高，从第60个样品开始，荧光强度的上下波动逐渐趋稳。

图6 最高质量浓度点荧光强度变化Fig.6 Changes of Hg Fluorescence Intensity on Highest Concentration Points

2.4.4 标准空白荧光强度的变化

仪器每次重新绘制标准曲线之前都会先测定新的标准空白荧光强度，10次标准曲线绘制前的标准空白荧光强度变化情况如图7所示。

图7 标准空白荧光强度的变化Fig.7 Changes of Hg Fluorescence Intensity of Reagent Blanks

由图7可知，随着测定次数的增加，标准空白荧光强度逐渐上升，到第71～80次测样时达到顶峰，第91～100次测样时出现了下降。这说明，仪器出现基线漂移的同时，在测定一定数量的样品后会小幅下调。这种基线漂移可以通过重新绘制标准曲线进行补偿计算，也就是2.4.3中工作曲线斜率升高的原因。

结合2.4.1～2.4.4的数据可知，在仪器最佳试验条件下，充分预热1 h后，随着检测次数的增加，仪器仍然会出现一定程度的基线漂移，具体表现为检测数据持续升高，超出可接受范围。不过，当每测10个样品重新绘制标准曲线后，这个问题可以得到很好的解决。由于重新测定了标准空白，因基线漂移而增加的荧光强度得到矫正扣除，最终检测数据可以稳定在合理的范围之内。

3 结论与建议

原子荧光法测定自来水中的汞，由于仪器自身的特性，易造成标准空白升高，进而使得检测数据上浮，做样前应按照国标GB 5750—2006要求预热仪器30 min或以上，且预热时间越长，湿度越小，越有利于仪器稳定。此外，建议每测10个样品重校1次标准曲线，当测定40个样品后，标准空白趋于稳定，数据也趋于稳定，之后可以降低重校频次或无需再重校标准曲线，根据自身仪器情况和外在试验环境可以调整重校频次。