王振華，姜 蕾

(上海城市水資源開發(fā)利用國家工程中心有限公司，上海 200082)

《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗方法》(GB/T 5750—2006)規(guī)定了自來水中汞的測定方法[1]，也是目前在用的檢測方法[2]，分別為原子熒光法、冷原子吸收法、雙硫腙分光光度法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法。其中，原子熒光法和冷原子吸收光譜法尤為常用[3]，而原子熒光法除了具有檢出限低、靈敏度高的特點(diǎn)外，相比冷原子吸收法操作更簡單，受水樣基體干擾小[4]，且設(shè)備相對價格更低，是測量水中痕量汞最主要的方法[5]。

GB/T 5750—2006 中原子熒光法測汞的最低檢測質(zhì)量濃度為0.1 μg/L，而《上海市生活飲用水地方標(biāo)準(zhǔn)》(DB31/T 1091—2018)[6]規(guī)定水中汞的限值為0.000 1 mg/L(0.1 μg/L)，等同于前者的最低檢測質(zhì)量濃度。因此，有必要對GB/T 5750—2006原子熒光法測汞對上海市地方標(biāo)準(zhǔn)的方法適用性進(jìn)行新的驗證，以確保檢測數(shù)據(jù)可靠可用。

另一方面，在實際測樣過程中發(fā)現(xiàn)，汞的熒光強(qiáng)度會隨著測樣次數(shù)的上升持續(xù)上浮，影響檢測數(shù)據(jù)，這一問題在很多文獻(xiàn)中都有提及，主要是由于汞標(biāo)準(zhǔn)空白升高[7-10]。解決方法無外乎幾種：一是提高外部器具的純度和潔凈度，如試劑[7,10]、樣品管[11]、容量瓶等[12]；二是保持儀器內(nèi)部的穩(wěn)定和潔凈，如充分預(yù)熱汞燈[9]、做完樣品充分清洗管路[11]等；三是當(dāng)熒光強(qiáng)度上浮時，重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線再測余下的樣品，上浮時再重新繪制[8-9,13]。除此之外，需控制實驗室溫濕度[12]、減少進(jìn)樣量[14]、調(diào)整硼氫化鉀質(zhì)量濃度[15]、采取冷原子熒光法測定[16-17]等。

本文預(yù)通過試驗驗證GB/T 5750—2006原子熒光法測汞對上海市地方標(biāo)準(zhǔn)的適用性，同時，為實際測樣過程中汞標(biāo)準(zhǔn)空白升高的問題提出具體的解決方法和建議。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

AFS-3100 雙道原子熒光光度計：北京海光儀器有限公司；MILLI-Q純水機(jī)：Millipore公司，美國。

鹽酸(優(yōu)級純)；抗壞血酸(分析純)；硼氫化鉀(分析純)；無水溴酸鉀(分析純)；溴化鉀(分析純)；鹽酸羥胺(分析純)；汞單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(1 000 μg/mL)：中國計量科學(xué)研究院；汞有證標(biāo)準(zhǔn)樣品(GSB 07-3173-2014)，(5.15±0.42)μg/L，環(huán)保部標(biāo)準(zhǔn)樣品所。

1.2 儀器工作條件

負(fù)高壓為280 V，燈電流為30 mA，載氣流量為400 mL/min，屏蔽氣流量為800 mL/min，讀數(shù)時間為18 s，延遲時間為2 s，原子化器高度為10 mm。選擇儀器自動配標(biāo)法測定標(biāo)準(zhǔn)溶液熒光強(qiáng)度。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

將汞標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(1 000 μg/mL)逐級稀釋成質(zhì)量濃度為100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液，稀釋過程不另外加酸，稀釋液為超純水。分別吸取100 μg/L汞標(biāo)準(zhǔn)使用液1.00、0.50、0.00 mL于3個100 mL容量瓶中，分別加入5.00 mL鹽酸，用去離子水定容，配成質(zhì)量濃度為1.00、0.50、0.00 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。其中，1.00 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液作為標(biāo)準(zhǔn)曲線母液，儀器自動配標(biāo)，自動配標(biāo)濃度分別為0.00、0.10、0.20、0.30、0.50、0.80、1.00 μg/L。0.50 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液作為內(nèi)控，0.00 μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液作為試劑空白。

1.4 樣品的制備

取10.00 mL水樣于比色管中，加入0.5 mL鹽酸、0.5 mL溴酸鉀-溴化鉀溶液(2.784 g無水溴酸鉀及10 g溴化鉀溶解定容至1 000 mL)，搖勻放置20 min后，加入1～2滴鹽酸羥胺溶液(100 g/L)，使黃色褪盡，搖勻。

1.5 試驗方法

1.5.1 原子熒光測汞的方法確認(rèn)

在本試驗條件下，對GB/T 5750—2006原子熒光法測汞進(jìn)行方法確認(rèn)。

(1)儀器預(yù)熱時間和試驗溫濕度

在不吸入標(biāo)準(zhǔn)、樣品和試劑的情況下，測定不同溫濕度條件下空氣中汞的空白熒光強(qiáng)度，觀察儀器的漂移情況，確定儀器預(yù)熱時間，并篩選適合的試驗溫濕度。

(2)檢出限、精密度和加標(biāo)回收的測定

在篩選得出的試驗溫濕度條件和預(yù)熱時間下，對試劑空白樣品連續(xù)測定11次，確定儀器檢出限。同時，測定儀器精密度和加標(biāo)回收率。

1.5.2 原子熒光測汞的方法優(yōu)化

在篩選得出的試驗溫濕度條件和預(yù)熱時間下，對某一個自來水樣品連續(xù)測定100次，比較只繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線和每測10個樣品重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線后數(shù)據(jù)的差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器預(yù)熱時間和試驗溫濕度

GB/T 5750—2006(以下簡稱國標(biāo))原子熒光法測汞要求，儀器在最優(yōu)條件下，預(yù)熱30 min后進(jìn)行測定。本試驗在儀器最優(yōu)條件下預(yù)熱60 min(不吸入標(biāo)準(zhǔn)、樣品和試劑，只測空氣)，記錄期間的空白熒光強(qiáng)度變化。同時，比較不同溫濕度組在預(yù)熱期間空白熒光強(qiáng)度的變化情況，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同溫度濕度下汞燈熒光強(qiáng)度的變化Fig.1 Changes of Hg Fluorescence Intensity under Different Temperatures and Humidity

由圖1可知，隨著時間的推移，各試驗組的熒光強(qiáng)度逐漸上升，說明儀器內(nèi)部出現(xiàn)明顯的基線漂移現(xiàn)象，這與前人的研究結(jié)果一致[7-10]，也解釋了國標(biāo)為何要預(yù)熱儀器30 min?？傮w來看，除了19.6 ℃-36%溫濕度組在第5 min以后熒光強(qiáng)度增幅變緩以外，其他4組的熒光強(qiáng)度增幅變化不大，說明即便預(yù)熱30 min以上，后續(xù)儀器仍然可能會出現(xiàn)持續(xù)基線漂移現(xiàn)象。另一方面，溫度越高，初始熒光強(qiáng)度越高，此時儀器靈敏度越高。

其次，19.6 ℃-36%溫濕度組與19.9 ℃-56%溫濕度組相比，前者的初始熒光強(qiáng)度更高，這可能與19.9 ℃-56%組的濕度較高有關(guān)。研究指出，濕度過大，易引起散射干擾，造成熒光猝滅，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度降低[12]。此外，低濕度組(13.7 ℃-44%和19.6 ℃-36%)的熒光強(qiáng)度隨時間推移上升幅度相對較緩。其中，19.6 ℃-36%組的濕度是5組試驗組中最低的，熒光強(qiáng)度穩(wěn)定最快，穩(wěn)定后的遞增幅度也最小，這從另一方面說明，濕度低有利于減緩熱漂移效應(yīng)，熒光強(qiáng)度更趨于穩(wěn)定。

綜合各組試驗結(jié)果，測樣前應(yīng)充分預(yù)熱儀器，預(yù)熱時間越長，濕度越低，越有利于儀器的穩(wěn)定。溫度越高，儀器靈敏度越高。在兼顧儀器穩(wěn)定性和檢測效率的情況下，本試驗選擇室溫19.9 ℃、濕度36%、預(yù)熱儀器1 h，作為后續(xù)檢測試驗的條件。

2.2 檢出限測定

在溫度為19.9 ℃、濕度為36%條件下，儀器預(yù)熱1 h后，對11份試劑空白進(jìn)行測定，檢出限為儀器自動計算。計算公式為：DL=3×SD/K。其中，SD為連續(xù)11次測定試劑空白熒光值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，K為工作曲線的斜率，結(jié)果如表1所示。

表1 汞的檢出限Tab.1 Detection Limit of Hg

工作曲線的擬合公式為y=546.8x+5.443，R=0.999 2，斜率K=546.8，標(biāo)準(zhǔn)空白熒光強(qiáng)度為172.164。其中，標(biāo)準(zhǔn)空白測定的是試劑空白水樣。

由表1可知，本方法的最低檢出限為0.01 μg/L，國標(biāo)原子熒光法測汞的最低檢測質(zhì)量濃度為0.1 μg/L。說明，本方法的檢出限不僅能滿足國標(biāo)要求，且能檢測質(zhì)量濃度更低的水樣。

2.3 精密度和加標(biāo)回收

在溫度為19.9 ℃、濕度為36%條件下，儀器預(yù)熱1 h后，測定儀器精密度和加標(biāo)回收率，結(jié)果如表2、表3所示。加標(biāo)回收試驗中，樣品本底值為0.10 μg/L，加標(biāo)量為0.10 μg/L。

表2 汞的精密度Tab.2 Precisions of Hg

由表2可知，本方法對質(zhì)量濃度為0.50 μg/L和0.10 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)測定6次的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.58%和5.00%，國標(biāo)原子熒光法測汞的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于6.8%。由表3可知，本方法加標(biāo)回收率為101%～120%，國標(biāo)原子熒光法測汞的加標(biāo)回收率為86.7%～120%。綜上，本方法的精密度滿足國標(biāo)要求。

表3 汞的加標(biāo)回收率Tab.3 Standard Recovery Rate of Hg

2.4 原子熒光測汞方法的優(yōu)化

在溫度為19.9 ℃、濕度為36%條件下，儀器預(yù)熱1 h后，對某一個自來水樣品連續(xù)測定100次，比較只繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線和每測10個樣品重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線后水樣、內(nèi)控、有證質(zhì)控樣品檢測值的差異，以及每測10個樣品重新繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線之間的差異、最高質(zhì)量濃度點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)空白的變化情況。

2.4.1 自來水樣品測定值的變化

圖2和圖3分別為只繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線和每10個樣品重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線時，連續(xù)測定100次同一水樣的結(jié)果。

圖2 只繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線的自來水樣品汞質(zhì)量濃度變化Fig.2 Changes of Hg Concentration of Tap Water Samples Only One Standard Curve Used

圖3 每10個樣繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線的自來水樣品汞質(zhì)量濃度變化Fig.3 Changes of Hg Concentration of Tap Water Samples with Recalibrating Standard Curves by Every 10 Samples Determined

由圖2可知，只繪制1條標(biāo)準(zhǔn)曲線時，樣品質(zhì)量濃度隨檢測次數(shù)的增加持續(xù)上升，在第40～50次趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定后的值為初始檢測值的6～7倍。

由圖3可知，每10個樣品繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線后，樣品值穩(wěn)定得多，90%的檢測值處于0.09～0.12 μg/L，沒有出現(xiàn)檢測值持續(xù)上升的現(xiàn)象。

2.4.2 內(nèi)控和質(zhì)控樣測定值的變化

在2.4.1的基礎(chǔ)上，測定樣品前以及之后每測定10次樣品時，加測1次汞質(zhì)控和內(nèi)控樣品，比較內(nèi)控和質(zhì)控樣品檢測值的變化情況，結(jié)果如圖4、圖5所示(橫坐標(biāo)的數(shù)值0，1，2，…，10對應(yīng)的是測定第0次水樣后，第10次水樣后，第20次水樣后，…，第100次水樣后的質(zhì)控和內(nèi)控樣品數(shù)值)。

圖4 只繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線汞質(zhì)控和內(nèi)控樣品質(zhì)量濃度變化Fig.4 Changes of Hg Concentration of Certified Standard Samples and Quality-Control Samples Only One Standard Curve Used

圖5 汞質(zhì)控和內(nèi)控樣品質(zhì)量濃度變化Fig.5 Changes of Hg Concentration of Certified Standard Samples and Quality-Control Samples

其中，汞質(zhì)控證書值為(4.23±0.36)μg/L，證書要求稀釋25倍，實際檢測時稀釋800倍，按此稀釋條件，汞質(zhì)控的證書值應(yīng)折算為(0.13±0.01)μg/L；汞內(nèi)控樣品實際配置質(zhì)量濃度為0.10 μg/L。

由圖4可知，質(zhì)控和內(nèi)控樣品只在最開始的時候處于可接受的質(zhì)量濃度范圍，之后出現(xiàn)數(shù)據(jù)上浮，在測定水樣第40次以后，質(zhì)控和內(nèi)控樣品的質(zhì)量濃度趨于穩(wěn)定。

由圖5可知：重校標(biāo)準(zhǔn)曲線后，汞質(zhì)控樣品的質(zhì)量濃度在0.12～0.13 μg/L，均處于證書可以接受的范圍，即(0.13±0.01)μg/L；而汞內(nèi)控樣品的質(zhì)量濃度在0.09～0.11 μg/L，誤差在10%以內(nèi)。說明，重校曲線后的檢測值在可信區(qū)間之內(nèi)。

質(zhì)控和內(nèi)控樣品的差異情況和自來水樣品一致，即每10個樣品重校標(biāo)準(zhǔn)曲線后的數(shù)據(jù)更穩(wěn)定、更準(zhǔn)確。

2.4.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和最高質(zhì)量濃度點(diǎn)的變化

每10個樣品繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線，測定100個樣品共繪制10條標(biāo)準(zhǔn)曲線。

表4為各標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬合方程列表。由表4可知，標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合方程的斜率隨測樣次數(shù)增加逐漸變大，從640.165增至755.806，增長了18%。標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率不同，對于同一熒光信號值，對應(yīng)的質(zhì)量濃度也不同，斜率越高，對應(yīng)的質(zhì)量濃度越低。說明，如果不在測樣期間重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，樣品檢測值會被計算偏高。

表4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的變化Tab.4 Changes of Standard Curves

另一方面，第5、6條工作曲線斜率相近，對應(yīng)的測樣次數(shù)為第41～50次和第51～60次；第7、8、9、10條工作曲線的斜率出現(xiàn)反復(fù)，有降有升，對應(yīng)的測樣次數(shù)分別為第61～70次、第71～80次、第81～90次、第91～100次。說明，從第40個樣品開始，工作曲線有趨穩(wěn)的跡象，而第60個樣品以后，工作曲線的斜率在上下波動的同時總體趨勢變得穩(wěn)定，而非一味地上升。

圖6為各標(biāo)準(zhǔn)曲線最高質(zhì)量濃度點(diǎn)(1.00 μg/L)的熒光強(qiáng)度變化情況。與表4的標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率變化情況相對應(yīng)，最高質(zhì)量濃度點(diǎn)的熒光強(qiáng)度隨測定次數(shù)的增加逐漸升高，從第60個樣品開始，熒光強(qiáng)度的上下波動逐漸趨穩(wěn)。

圖6 最高質(zhì)量濃度點(diǎn)熒光強(qiáng)度變化Fig.6 Changes of Hg Fluorescence Intensity on Highest Concentration Points

2.4.4 標(biāo)準(zhǔn)空白熒光強(qiáng)度的變化

儀器每次重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線之前都會先測定新的標(biāo)準(zhǔn)空白熒光強(qiáng)度，10次標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制前的標(biāo)準(zhǔn)空白熒光強(qiáng)度變化情況如圖7所示。

圖7 標(biāo)準(zhǔn)空白熒光強(qiáng)度的變化Fig.7 Changes of Hg Fluorescence Intensity of Reagent Blanks

由圖7可知，隨著測定次數(shù)的增加，標(biāo)準(zhǔn)空白熒光強(qiáng)度逐漸上升，到第71～80次測樣時達(dá)到頂峰，第91～100次測樣時出現(xiàn)了下降。這說明，儀器出現(xiàn)基線漂移的同時，在測定一定數(shù)量的樣品后會小幅下調(diào)。這種基線漂移可以通過重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行補(bǔ)償計算，也就是2.4.3中工作曲線斜率升高的原因。

結(jié)合2.4.1～2.4.4的數(shù)據(jù)可知，在儀器最佳試驗條件下，充分預(yù)熱1 h后，隨著檢測次數(shù)的增加，儀器仍然會出現(xiàn)一定程度的基線漂移，具體表現(xiàn)為檢測數(shù)據(jù)持續(xù)升高，超出可接受范圍。不過，當(dāng)每測10個樣品重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線后，這個問題可以得到很好的解決。由于重新測定了標(biāo)準(zhǔn)空白，因基線漂移而增加的熒光強(qiáng)度得到矯正扣除，最終檢測數(shù)據(jù)可以穩(wěn)定在合理的范圍之內(nèi)。

3 結(jié)論與建議

原子熒光法測定自來水中的汞，由于儀器自身的特性，易造成標(biāo)準(zhǔn)空白升高，進(jìn)而使得檢測數(shù)據(jù)上浮，做樣前應(yīng)按照國標(biāo)GB 5750—2006要求預(yù)熱儀器30 min或以上，且預(yù)熱時間越長，濕度越小，越有利于儀器穩(wěn)定。此外，建議每測10個樣品重校1次標(biāo)準(zhǔn)曲線，當(dāng)測定40個樣品后，標(biāo)準(zhǔn)空白趨于穩(wěn)定，數(shù)據(jù)也趨于穩(wěn)定，之后可以降低重校頻次或無需再重校標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)自身儀器情況和外在試驗環(huán)境可以調(diào)整重校頻次。