邱燁郝欣劉鑫劉金榮2陳璐2李賽男2田融冰2高峰

(1.北京海關(guān)技術(shù)中心，北京 100026；2.北京北分瑞利分析儀器(集團(tuán))有限責(zé)任公司，北京 100095)

1 前言

環(huán)境問題一直以來是世界各國普遍關(guān)注的焦點(diǎn)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，環(huán)境污染，尤其是重金屬污染問題也越來越嚴(yán)重，分析儀器的檢測能力也面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)[1]。常規(guī)對(duì)環(huán)境樣品的檢測方式通常是現(xiàn)場取樣，然后送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析檢測，在送樣過程中不可避免的會(huì)發(fā)生樣品的污染或損失，從而影響檢測的準(zhǔn)確性，而且在發(fā)生突發(fā)的污染情況或緊急事件時(shí)，實(shí)驗(yàn)室測定已經(jīng)遠(yuǎn)不能滿足人們對(duì)于檢測及時(shí)性的需求[2]。分析儀器也在不斷地向小型化，便攜式原位分析的方向發(fā)展[3-5]。

原子熒光光譜分析是光譜分析中的重要組成部分[6]，在重金屬檢測分析中占有重要的地位。隨著對(duì)檢測及時(shí)性需求的不斷提高，原子熒光也在朝著小型化和現(xiàn)場快速測定的方向發(fā)展。本實(shí)驗(yàn)通過對(duì)比便攜式儀器與常規(guī)熒光儀器在實(shí)驗(yàn)室條件下砷，硒，汞元素的檢測結(jié)果，考察了便攜式原子熒光光譜儀的測試能力，此外，通過對(duì)環(huán)境水樣中砷元素的現(xiàn)場測試，考察了便攜式儀器的現(xiàn)場測試能力，測試結(jié)果良好。

2 儀器簡介

便攜式原子熒光光譜儀是在傳統(tǒng)原子熒光儀器的基礎(chǔ)上，對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行了技術(shù)的改進(jìn)和集成，儀器體積小，重量輕，可攜帶到現(xiàn)場進(jìn)行重金屬污染的快速檢測。便攜式儀器與常規(guī)熒光儀器相比，具有以下特點(diǎn)：

(1)在供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，采用高容量鋰離子電池。整機(jī)累計(jì)工作時(shí)間不小于8小時(shí)，能夠滿足現(xiàn)場測試的需求。

(2)在進(jìn)樣系統(tǒng)模塊的設(shè)計(jì)上，進(jìn)行高度集成化和模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)總功率小于2W，此外，增加了對(duì)進(jìn)樣系統(tǒng)的溫度控制，保證了在較低環(huán)境溫度下的檢測能力。

(3)在原子化系統(tǒng)的研發(fā)上，研制了平均功耗小于5W的新型原子化器，滿足野外現(xiàn)場檢測對(duì)頻繁運(yùn)輸造成的顛簸和振動(dòng)的特殊要求。

(4)光源的選擇，在采用傳統(tǒng)的高性能空心陰極燈的基礎(chǔ)上，燈電源使用高性能高壓直流電源模塊控制。

(5)在光源對(duì)光系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，設(shè)計(jì)了全新的封閉式對(duì)光技術(shù)，通過軟件直接觀察光斑位置，方便用戶對(duì)光斑的調(diào)節(jié)。

(6)在檢測系統(tǒng)的開發(fā)上，采用小型日盲光電倍增管，集成式高壓模塊和高靈敏前置放大系統(tǒng)，進(jìn)一步減小了對(duì)空間的占用。

(7)在尾氣排放上，設(shè)計(jì)內(nèi)置式尾氣排放及凈化系統(tǒng)，減少廢氣排放。

(8)在通訊接口的開發(fā)上，采用基于低功耗藍(lán)牙的無線通訊技術(shù)。

(9)針對(duì)行業(yè)應(yīng)用的特點(diǎn)，內(nèi)嵌GPS定位模塊，實(shí)時(shí)提供當(dāng)前檢測地點(diǎn)的位置信息。

(10)在分析檢測的過程中，提供固體壓片的酸和硼氫化鉀，解決了液體酸不易攜帶的問題。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 儀器與設(shè)備

PAF-1100型便攜式原子熒光光譜儀，AF-2200型原子熒光光譜儀，北京北分瑞利分析儀器(集團(tuán))有限責(zé)任公司；AFS-920型原子熒光光度計(jì)，AFS-9130型原子熒光光度計(jì)，北京吉天儀器有限公司；AFS-8500原子熒光光度計(jì)，北京海光儀器有限公司。

高純氬氣，北京氦普北分氣體工業(yè)有限公司；

高性能空心陰極燈，北京有色金屬研究總院。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液與試劑

單元素砷、硒、汞標(biāo)準(zhǔn)溶液，中國計(jì)量科學(xué)研究院；環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品水質(zhì)砷，環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；模擬天然水基體單元素硒、汞溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，國家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測試中心；大米粉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，國家糧食局科學(xué)研究院；生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，地球物理地球化學(xué)勘察研究所；鹽酸，分析純，硝酸，分析純，北京化工廠；硼氫化鉀，分析純，東方化工廠。

以上標(biāo)準(zhǔn)溶液和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)相關(guān)國標(biāo)方法處理后稀釋使用，實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

3.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

3.3.1室內(nèi)對(duì)比實(shí)驗(yàn)

分別優(yōu)化便攜式儀器和常規(guī)熒光儀器在測定砷、硒、汞元素時(shí)的測量條件，采用標(biāo)準(zhǔn)溶液建立待測元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)相關(guān)的國標(biāo)方法對(duì)環(huán)境水基體樣品中砷、硒、汞進(jìn)行處理，采用微波消解處理食品樣品(大米粉、綠茶粉)，經(jīng)過處理后的樣品溶液分別在常規(guī)熒光儀器和便攜式儀器上進(jìn)行測試，對(duì)比3個(gè)實(shí)驗(yàn)室采用不同儀器的測試結(jié)果。

3.3.2現(xiàn)場測定及對(duì)比實(shí)驗(yàn)

便攜式儀器體積小，能夠滿足現(xiàn)場檢測的需求。在室外條件下，用超純水溶解酸及硼氫化鉀壓片，制備一定濃度的載流和硼氫化鉀溶液。優(yōu)化便攜式儀器對(duì)砷元素的測試條件，采用標(biāo)準(zhǔn)溶液建立標(biāo)準(zhǔn)曲線?，F(xiàn)場采取水樣，同時(shí)制備3個(gè)平行樣，經(jīng)過濾及酸化處理，定容后上機(jī)測試，每個(gè)樣品測測定3次，取其平均值。同時(shí)對(duì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品砷進(jìn)行測試，測定3次，取平均值。處理好的水樣一部分即刻使用便攜儀器測定，一部分盡快攜帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測定，并將測試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

4 結(jié)果與討論

4.1 室內(nèi)測試標(biāo)準(zhǔn)樣品結(jié)果對(duì)比

將環(huán)境水標(biāo)準(zhǔn)樣品、大米粉樣品、綠茶樣品經(jīng)過處理后上機(jī)檢測，實(shí)驗(yàn)室A采用AFS-920型原子熒光光譜儀進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)室A對(duì)水樣標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及食品樣品的測定結(jié)果

續(xù)表1

注：水質(zhì)樣品采用單位為μg·L-1，食品樣品采用單位為mg·kg-1

實(shí)驗(yàn)室B采用AFS-9130型原子熒光光譜儀進(jìn)行測定，結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)室B對(duì)水樣標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及食品樣品的測定結(jié)果

注：水質(zhì)樣品采用單位為μg·L-1，食品樣品采用單位為mg·kg-1

實(shí)驗(yàn)室C采用AFS-8500原子熒光光度計(jì)進(jìn)行測定，結(jié)果如表3所示。

表3 實(shí)驗(yàn)室C對(duì)水樣標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及食品樣品的測定結(jié)果

注：水質(zhì)樣品采用單位為μg·L-1，食品樣品采用單位為mg·kg-1

從3家實(shí)驗(yàn)室的檢測數(shù)據(jù)可以看出，在測定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，便攜式儀器有常規(guī)熒光儀器具有相當(dāng)?shù)臋z測能力，測定值同標(biāo)準(zhǔn)值吻合，表明便攜式儀器能夠用于環(huán)境水樣中砷、硒、汞元素的測定，操作簡單，準(zhǔn)確度可靠，能夠滿足分析要求。食品樣品測試對(duì)比結(jié)果顯示，測試結(jié)果普遍偏低，表明對(duì)于基體復(fù)雜的食品樣品，經(jīng)過微波消解等前處理過程，可能造成了待測元素的損失，從儀器的檢測能力來看，便攜式儀器與常規(guī)熒光儀器在測試復(fù)雜樣品時(shí)，能夠達(dá)到相當(dāng)?shù)臋z測檢測效果。

4.2 現(xiàn)場測定實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

本實(shí)驗(yàn)選擇了清河作為現(xiàn)場測定的地點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)調(diào)整和優(yōu)化測量參數(shù)，測定水樣中砷元素的含量，并以環(huán)境水標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為參考，以驗(yàn)證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。選用AF-2200型原子熒光光譜儀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測定，測試結(jié)果對(duì)比如表4所示。

表4 便攜式儀器現(xiàn)場測定與常規(guī)熒光室內(nèi)測定結(jié)果對(duì)比

注：本實(shí)驗(yàn)選取的標(biāo)準(zhǔn)水樣中砷濃度參考值為34.8±2.9μg·L-1

從表4中可以看出，便攜式儀器并未檢測到環(huán)境水樣中的砷元素，這主要是由于水樣中待測元素濃度低于儀器的檢出限所致。對(duì)比便攜式儀器在室外現(xiàn)場對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水樣中待測元素的測試，測定結(jié)果可靠，表明便攜式儀器能夠滿足戶外對(duì)該元素的測試要求。

5 結(jié)論

通過便攜式原子熒光光譜儀對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水樣及食品樣品中砷、硒、汞元素的測定，并與常規(guī)原子熒光光譜儀測量對(duì)比，在實(shí)驗(yàn)室條件下，便攜式儀器能夠達(dá)到與常規(guī)熒光儀器相當(dāng)?shù)臋z測能力，能夠?qū)Υ郎y元素給出可靠的測試結(jié)果。此外，儀器在能耗、配套氣源、分析性能等方面具備現(xiàn)場快速測定的能力，通過便攜式儀器現(xiàn)場對(duì)水樣的測定，表明其在戶外對(duì)水環(huán)境樣品的測試結(jié)果可靠，能夠滿足現(xiàn)場測試需要。因此，便攜式原子熒光光譜儀在現(xiàn)場快速測量，尤其是環(huán)保及水質(zhì)監(jiān)測等領(lǐng)域具有較好的發(fā)展和應(yīng)用前景。