張翠榮，楊海燕

（咸陽市環(huán)境監(jiān)測站，陜西 西安 712000）

當前，人們已經(jīng)研究出了多種技術對土壤中砷和硒的含量進行測定。例如，在需要測定土壤中硒的含量時，可選用的標準測定方法有分光光度法、原子吸收法、原子熒光法等；而在測定土壤中砷的含量時，可選用的標準測定方法有原子熒光法、原子吸收法、熒光法等。以上這些方法各有特點，且在正式處理之前對樣品的前處理也有著很大區(qū)別。同時，這些技術在應用中無法同時對土壤中砷和硒的含量進行有效測定，其整個分析過程也較為繁瑣復雜。這些缺點對于土壤的批量分析有著非常不利的影響，經(jīng)綜合考慮之后，本文利用鹽酸與高氯酸的特性對采集到的土樣進行一次消解實驗。當消解完畢之后，再通過原子熒光光度法對土壤中砷和硒的含量進行有效測定。整個實驗在實際進行的過程中，所采取的方法相對較為簡單，且經(jīng)過與其他技術測得的最終結果對比之后，本文所提出的方法其測定結果非常準確[1]。

1 實驗原理

原子熒光光度法在實際應用的過程中，主要是根據(jù)以下原理對土壤樣品中的特定元素含量進行有效測定。

（1）首先，當基態(tài)原子在運動的過程中吸收到來自特定頻率的輻射后，可發(fā)生變化，即被激發(fā)成具有高能態(tài)的原子。而激發(fā)態(tài)的原子在返回基態(tài)或是較低能級的原子時，將會以光輻射的形式向周邊環(huán)境散發(fā)出具處于有特定波長的熒光[2]。這時可以通過一定的方式方法對實驗條件進行合理化控制，使熒光的具體強度位于合理的范圍當中，進而讓熒光強度與被測元素的含量呈現(xiàn)出正比關系。而研究人員還可以通過對熒光強度的判斷來推測被測元素的含量。同時，根據(jù)這一原理還可以對土壤中特定元素的具體含量進行有效測定。其次，當土壤樣品在收集完畢后，可將其放入到硝酸與高氯酸的混酸中進行處理，再通過硝酸與高氯酸中離子的作用使土壤中的有機物發(fā)生化學變化。而土壤試樣中的As和Se將在酸的作用下被氧化為As5+和Se6+，并且和酸中的相應離子結合。最終以H3AsO4以及H2SeO4的形式存在。最后，在土壤樣品放置一段時間后，其中含有的As和Se會完全被酸液反應掉從而進入到待測溶液中。當經(jīng)過特定的時間后，研究人員應向待測試液中加入硫脲-抗壞血酸，再通過其化學性質以及特定的離子使As5+和Se6+發(fā)生還原反應。具體來說就是As5+將還原為As3+，而Se6+將被還原為Se4+。同時，As3+、Se4+以及KBH4將會在酸性介質當中產(chǎn)生氫化反應，最終被還原生成AsH3和SeH2。具體的反應公式如下所示：

（2）在反應過程中生成的氣態(tài)AsH3與SeH2將會在較短的時間內(nèi)與溶液分離。然后將原子化器進行預熱處理，再以氬氣為載氣將AsH3與SeH2放在原子化器內(nèi)，而在原子化器內(nèi)部，氫氣與氬氣一旦交匯便會產(chǎn)生非常明顯的氬氫火焰。這些氬氫火焰經(jīng)過空心陰極燈的照射后，可以使AsH3以及SeH2產(chǎn)生分解進而生成單質As以及單質Se。且對于處于基態(tài)的As、Se原子來說，當被實驗人員經(jīng)過一定的技術手段激活為高能態(tài)之后，便可以對土壤中As和Se進行有效測定。具體來說，是需要通過應用一些有效的設備讓處于高能態(tài)的As、Se原子去活化，進而再返回到激發(fā)態(tài)中。同時，在原子狀態(tài)發(fā)生變化的過程中，將會持續(xù)向空氣中發(fā)射出特定波長的熒光波。而熒光波的強度和土樣中As、Se的含量有著非常密切的關系。具體而言，這兩者之間會呈現(xiàn)出正比關系，而在求取熒光的具體強度時也可以通過下面的公式（1）進行求?。?/p>

其中，If表示熒光強度；K表示摩爾消光系數(shù)；C表示濃度；b為常數(shù)。

2 試驗材料與方法介紹

2.1 主要儀器與試劑

為了使該項實驗能順利進行，經(jīng)過全面對比以及選擇之后，本文最終選定AFS-830雙道原子熒光分光光度計[3]。該分光光度計是由北京吉天公司生產(chǎn)，其精度高且價格相對較為便宜；而As、Se特種空心陰極燈是由北京有色金屬研究總院研發(fā)生產(chǎn)，在實際應用中可很好的保障實驗效果。此外，實驗中所用的試劑主要有2%硼氫化鉀～0.5%氫氧化鈉溶液；100 g/L硫尿溶液；As、Se混合標準使用液：濃度均為100 g／L；氬氣純度99.99%；硝酸、鹽酸、高氯酸、硼氫化鉀需為優(yōu)級純等級；硫脲、氫氧化鉀需達到分析純等級。

2.2 土樣制備與樣品消解

第一步，制備土壤樣本。結合實驗精度要求與實驗方案取適量未經(jīng)處理的土壤樣本，去除其中的石塊與植物殘渣等異物，然后將經(jīng)過初步篩選的土樣置于陰涼位置進行自然風干處理。待土樣充分風干后進行研磨處理，然后使用規(guī)格為100目的尼龍篩進行篩選，以提高土壤顆粒粒度的均勻性。篩選后將土樣分為兩部分，一部分用于測定含水率，另一部分則暫存待用。

第二步，消解土壤樣本。在進行該部分實驗時，試驗人員需要使用經(jīng)校正檢驗的電子秤精確稱量1 g樣本。需要注意的是，為了提高實驗結果的精確度需要選擇精度為0.000 1 g的電子秤。稱取完畢后，將土樣倒入250 mL的聚四氟乙烯坩堝中，然后向聚四氟乙烯坩堝中加入10 mL的硝酸和2 mL的高氯酸。當酸液添加完畢蓋上表面皿后，需將聚四氟乙烯坩堝置于電熱板上進行加熱，要在通風良好的條件下進行土壤樣本消解操作。在實驗過程中，當試液的體積開始減少，并且樣品的顏色開始向黑色轉化后，實驗人員需及時補充適量的硝酸到聚四氟乙烯坩堝中，然后再繼續(xù)對其加熱。待溫度上升到200 ℃后，使用夾子移去表面皿，等待聚四氟乙烯坩堝中的高氯酸完全蒸發(fā)且聚四氟乙烯中剩余的固體物質呈現(xiàn)出灰白色后，再用夾子取下聚四氟乙烯坩堝，并在試驗溫度下對其進行冷卻，當冷卻到正常溫度后向燒瓶中加入6 mol/L的鹽酸4 mL，并再次對其進行加熱處理。當燒瓶中的溶液處于沸騰狀態(tài)后，用夾子取下燒杯，在室溫下待其自然冷卻后，再通過定量濾紙將燒杯中的物質過濾到50 mL的容量瓶中，然后向容量瓶中加入去離子水將容量瓶中的液體進行稀釋。為了保障后續(xù)測定結果的準確性，應通過滴管的作用將溶液定容到容量瓶刻度線上。在完成該項工作后，將其放置在實驗臺相應的位置以方便后續(xù)使用。

2.3 儀器設置條件及測量條件

在實驗中，為保障實驗結果的準確性，實驗人員需將光電倍增管的電壓調節(jié)為300 V，As、Se燈的電流應分別通入60 mA與80 mA的電流。同時，為滿足實驗需求，實驗人員應將原子換氣的整體高度設置為8 mm，具體的載氣流量應設置為400 mL/ min，還應將屏蔽器的流量設置為900 mL/min。在讀數(shù)的過程中，設置的具實際時間應設置為10 s，但在讀數(shù)時應注意要將時間延遲1 s。而整體斷續(xù)流動吸入樣品時間應保持在10 s，但斷續(xù)流動吸入載流所需時間應控制在18 s。還有，進樣體積則需維持在0.5 mL。在測量中，所選取的測量技術經(jīng)綜合考慮后，最終選定標準曲線法。而實驗中所采取的積分方式為較為準確的峰面積分析法，再重復一次。實驗中選用的還原劑考慮到實際還原效果最終選定20 g/L的氫化鉀溶液。而對于載流液來說，為了讓實驗能順利地進行下去最終選擇5%的鹽酸溶液。

2.4 實驗方法

2.4.1 樣品測定

（1）土壤樣品在消解坩堝中經(jīng)消解定容后，通過自動定量加液器向原子熒光分光光度計中的氫化物發(fā)生器移入5.0 mL樣品與4.0 mL KBH4溶液。同時，為有效控制溶液流速、進樣精度一致性，可使用可編程蠕動泵來控制進樣。本實驗調整流速為0.5 mL/s，是為了控制原子熒光分光光度計在進樣過程中每間隔一定的時間記錄一次相對熒光強度值，然后從生成的校準曲線上確定對應As、Se濃度。

（2）根據(jù)實驗室所制定的標準操作流程對各類儀器的工作條件進行合理化調整，從而保證測定土壤樣本中Se含量的準確性。同時，為了對實驗進行準確對比，需要在實驗的過程中額外設置一項空白實驗。由于土壤中Se屬于微量元素，本底值較低因而可以直接通過實驗測定。相比于Se而言，土壤中的As含量要高出數(shù)十倍甚至上百倍，因此，測定土壤中As含量時需對其進行一定的預處理，以提高最終實驗結果的準確度。預處理操作如下：取出5 mL的消解液倒入50 mL的比色管中，然后加入50 g/L的硫脲-抗壞血酸混合溶液10 mL、濃鹽酸5 mL，并且用去離子水將混合液體稀釋到50 mL。為了保證預處理操作涉及的化學反應的完全性，需等待約20 min左右，然后使用定量加液器從反應器皿中取出5 mL的消解電容，待工作完成后所獲得的樣品加入到原子熒光分光光度計的氫化物發(fā)生器中，然后再向其中加入4 ml的硼氫化鉀溶液。需要注意的是，根據(jù)實驗室所制定的儀器操作流程，當一切測量條件調整完畢后，再對土壤樣品中的As含量進行有效測定，同時要保障分析全程序空白。

2.4.2 校準曲線的繪制

在繪制校準曲線時，實驗人員需準確吸取As、Se的標準使用液，并將其加入到50 mL的比色管中，再利用5%濃度的硫酸鹽酸溶液將其稀釋到指定的刻度上，搖勻處理之后分別匹配濃度為0.00 μg/L、10.00 μg/L、20.00 μg/L、40.00 μg/ L、80.00 μg/L、160.00μg/L 的As混合標準溶液，以及0.00 μg/ L、1.00 μg/L、2.00 μg/L、4.00 μg/L、8.00 μg/ L的Se標準混合溶液。并且，要按照指定的操作流程對儀器進行操作，當各類實驗儀器的工作條件調整完畢之后，再對這些標準混合溶液的具體含量進行有效測定。

2.4.3 土壤樣品中As、Se含量的計算

土壤樣品中As、Se含量的測定可通過下面的公式（2）得到：

其中，ω單位為（mg/kg）；c表示試液吸光度減掉空白試驗吸光度后的值在標準曲線中對應的As與Se濃度（單位：μg/ L）；υ表示試液體積；m表示試樣質量；f 表示風干土樣的含水量。

3 試驗結果評價

3.1 方法檢出限計算

在測定中，實驗人員只需要對標準曲線的空白溶液測量15次以上，機器便會自動繪制出校準工作曲線。具體需要通過下面的公式（3）與公式式（4）計算出檢出限：

其中，

3.2 方法精密度與準確性

根據(jù)本文所提出的方法對5個區(qū)域的土壤樣品進行5次平行測量，然后通過下面的公式（5）進行計算，可得到相對標準偏差（RSD）。其土樣測定方法的精密度測定結果詳見表1。

SD表示標準偏差，即連續(xù)測量15次熒光信號的標準偏差。

X表示測定n次后所有數(shù)據(jù)的算術平均值，n表示測定次數(shù)。

再將表1中的數(shù)據(jù)代入公式（4）、（5）、（6）中進行計算，對照國家土壤標準樣品測定結果，得到土樣中As的相對標準偏差（RSD）在3.57%～4.42%的范圍內(nèi)；土樣中Se的相對標準偏差（RSD）在4.77%～6.10%的范圍內(nèi)。由于測定結果符合標準土壤樣品中關于As與Se的保證值范圍，因此，認為試驗結果具有良好的準確度。

表1 土樣測定的方法精密度測定結果

3.3 加標回收率的測定

對樣品ESS-2以及ESS-4分別進行5次平行測定實驗，測定值及方法精密度測定結果如表1所示。在5個土壤樣品中分別加入2 mLAs標準使用液（1 000 μg/L）和1 mLSe標準使用液（100 μg/ L），對其進行加標回收處理，加標回收測定值詳見表2。

表2 土樣加標回收測定值

根據(jù)表2數(shù)據(jù)計算可以得到，As的加標回收率在93%～106%之間，Se的加標回收率則在91%～106%之間，這充分說明本文所提出的方法有很高的準確度。

3.4 雜質的干擾及消除方法

為了有效保障最終結果的準確性，在實驗過程中，實驗人員應盡最大努力消除一些雜質元素對實驗結果的影響。尤其重要的是，要采取一些可行措施全面消除As、Se測定中產(chǎn)生的干擾，只有這樣才能讓最終結果滿足人們的特定需求。為了達到這一目的，在進行實驗時，需向器皿中加入硫脲-抗壞血酸混合液。這種液體在特定工作中有著非常重要的意義，不但可以作為還原劑，還可以作為掩蔽劑進行使用。該液體可以很好的抑制Sb、Zn、Sn等元素與KBH4產(chǎn)生反應，可有效保障最終結果的準確性[4-5]。

3.5 注意事項

在對As、Se進行痕量分析的過程中，應有效保障實驗中使用的去離子水和試劑的純度。如果酸的程度無法達到指定需求時，則會導致空白實驗不穩(wěn)定，且工作曲線的線性也無法得到有效保障。因此，在酸性溶液使用前，要準確檢驗其含有的雜質。而硼氫化鉀溶液應現(xiàn)用現(xiàn)配，只有這樣才能保障最終實驗的準確性。

4 結論

本文采用原子熒光光度法對土壤中As、Se的含量進行了準確測定，經(jīng)過大量實驗最終發(fā)現(xiàn)，本實驗的精確度可以滿足土壤環(huán)境監(jiān)測分析工作的需求，是一種切實可行的土壤分析法。