（山西能源學(xué)院地質(zhì)與測(cè)繪工程系，山西晉中市，030600）肖 宇

在傳統(tǒng)的砷元素化學(xué)測(cè)定環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)人員需要經(jīng)過復(fù)雜的操作與測(cè)定過程，并加入一定量的有害試劑，才能測(cè)得某物質(zhì)中的砷含量[1]。與此同時(shí)，由于在測(cè)定過程中，潛在大量的不確定因素，所以往往測(cè)定的結(jié)果不夠理想，無法讓測(cè)定人員獲得滿意的效果。而原子熒光光度計(jì)的引入，改變了傳統(tǒng)砷元素化學(xué)測(cè)定的整體實(shí)驗(yàn)步驟，不但能夠以簡單快速的方式，測(cè)定不同樣本中潛在的砷，還不需要使用有害試劑作為還原劑[2]，所以該測(cè)定方法的科學(xué)應(yīng)用，能夠?yàn)樯樵氐臏y(cè)定帶來更加廣泛的發(fā)展前途。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 土壤中砷的實(shí)驗(yàn)原理

在土壤中的砷，如果處于沸水條件下，就會(huì)被王水氧化物氧化，并以離子和氧化物的形式溶于水溶液中。因此，在酸性化學(xué)條件下，以硼氫化鉀作為還原劑，能夠?qū)⑸榛衔锘蛏殡x子還原成砷化氫[3]，然后把蒸發(fā)的砷化氫經(jīng)過空心陰極特征譜線進(jìn)行激發(fā)，形成砷原子，并發(fā)射出指定的原子熒光。

1.2 水系沉積物中的砷實(shí)驗(yàn)原理

在水系沉積物中的砷，需要使用氫氧化鉀和硼氫化鉀作為還原劑，并在酸性環(huán)境下，進(jìn)行砷化合物的相關(guān)測(cè)定實(shí)驗(yàn)。其對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)過程，與土壤中砷的實(shí)驗(yàn)原理有很多相似之處。但在測(cè)定過程中，需要針對(duì)水系沉積物的個(gè)體化特點(diǎn)，選擇有效的試驗(yàn)方案。本課題的實(shí)驗(yàn)中，需要保障砷的價(jià)數(shù)為3價(jià)而非5價(jià)，所以在測(cè)試時(shí)，需要加入濃鹽酸混合液，讓砷化物能夠在與濃鹽酸反應(yīng)后，系數(shù)得到3價(jià)砷化合物。

2 實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)使用北京普析的PF51原子熒光光度計(jì)來展開砷含量的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中所有使用的試劑和樣品均通過梅特勒0.1XSE204天平測(cè)量，該天平的測(cè)量精密度為0.1mg，滿足本實(shí)驗(yàn)對(duì)試劑的測(cè)量需求。

本實(shí)驗(yàn)所采集的試樣中，砷元素的含量計(jì)算公式為：

公式中，1000代表的是換算系數(shù)；X為砷在本（土壤或水系沉積物）試樣中的含量（mg/kg）；c為砷在測(cè)定試樣中含量（ng/ml）；c0為標(biāo)準(zhǔn)使用液中砷含量（ng/ml）；V為試樣總體積（ml）；m為試樣的總質(zhì)量（g）。

2.1 實(shí)驗(yàn)材料的配置

2.1.1 土壤中砷的測(cè)定實(shí)驗(yàn)材料配置

本實(shí)驗(yàn)采用的材料較為簡單，主要包括以下器材：①原子熒光光度計(jì)；②化學(xué)實(shí)驗(yàn)天平；③恒溫水浴鍋；④試管。實(shí)驗(yàn)采用的化合物溶液主要包括：①濃硝酸+濃鹽酸混合液；②硫脲溶液（5g硫脲溶于水，并在純凈水中進(jìn)行稀釋，稀釋成為100ml溶液）；③100ml抗壞血酸溶液（50g/l)；④還原劑，氫氧化鉀+硼氫化鉀；⑤砷標(biāo)準(zhǔn)使用液。

2.1.2 水系沉積物中砷的測(cè)定實(shí)驗(yàn)材料配置

實(shí)驗(yàn)采用的材料與土壤中砷的測(cè)量材料基本相同，考慮到土壤與水系沉積物個(gè)體存在一定的不同，在具體的測(cè)定中，簡單更改了材料的比例和濃度。主要包括以下器材：①原子熒光光度計(jì)；②化學(xué)實(shí)驗(yàn)天平；③恒溫水浴鍋；④試管。實(shí)驗(yàn)采用的化合物溶液主要包括：①濃硝酸+濃鹽酸混合液；②硫脲溶液（5g硫脲溶于水，并在純凈水中進(jìn)行稀釋，稀釋成為100ml溶液）；③200ml抗壞血酸溶液（50g/l)；④還原劑，500ml氫氧化鉀（濃度為20g/l）+200ml硼氫化鉀（濃度為50g/l)；⑤砷標(biāo)準(zhǔn)使用液。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

2.2.1 土壤中砷的測(cè)定實(shí)驗(yàn)步驟

采用原子熒光光度計(jì)來測(cè)定土壤樣品中的砷As時(shí)，首先把土壤樣品風(fēng)干并研磨。然后稱取0.2g樣品放入王水中，并進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)測(cè)定。其中，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程包括：①選擇0.2g含砷風(fēng)干土壤樣品溶入10ml王水反應(yīng)管中，放入少許純凈水后搖勻；②反應(yīng)管放置于100℃沸水浴中2h，隔一段時(shí)間搖勻一次，為了能夠讓溶液中的砷充分溶解，并形成五水化合物或砷離子；③用滴管滴入0.5ml濃鹽酸+濃硝酸混合液，并把反應(yīng)管密封，讓砷能夠充分反應(yīng)，保證溶液中的砷離子或砷化合物都能夠還原成三價(jià)。向溶液中置入5ml硫脲溶液和5ml抗壞血酸溶液，并用純水稀釋，靜置溶液30min，設(shè)定具體的儀器參數(shù)，根據(jù)測(cè)定過程繪制工作曲線，并根據(jù)手工（或機(jī)器自動(dòng)）繪制的工作曲線，獲得砷元素的含量比例。其中，繪制的讀數(shù)時(shí)間為10s，每次的延遲時(shí)間為1.5s。按照該測(cè)定方法，測(cè)定砷的濃度，并記錄濃度系數(shù)。

2.2.2 水系沉積物中砷的測(cè)定實(shí)驗(yàn)步驟

采用原子熒光光度計(jì)來測(cè)定水系沉積物樣品中的砷As時(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的原理可知，樣品的測(cè)定儀器中，需要白熒光值為200～230的60mA電流熒光燈，其最高壓290V。實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程包括：①選擇5ml的含砷水系沉積物溶入100ml純凈水，放入反應(yīng)管中，用滴管滴入0.5ml濃鹽酸+濃硝酸混合液，并把反應(yīng)管密封后，靜置反應(yīng)30min，讓砷能夠充分反應(yīng)，保證溶液中的砷離子或砷化合物都能夠還原成三價(jià)；②室溫20～30℃下，將溶液放到進(jìn)樣器之中，準(zhǔn)備展開測(cè)試。如果室溫偏低時(shí)，如室內(nèi)溫度低于20℃，為了能確保砷離子或砷化合物完全還原成三價(jià)，需要把溶液放入45℃水浴中加熱，并靜置溶液中30min；③設(shè)定具體的儀器參數(shù)，根據(jù)測(cè)定過程繪制工作曲線，并根據(jù)手工（或機(jī)器自動(dòng)）繪制的工作曲線，獲得砷元素的含量比例。其中，繪制的讀數(shù)時(shí)間為10s，每次的延遲時(shí)間為1.5s。按照該測(cè)定方法，測(cè)定砷的濃度，并記錄濃度系數(shù)。

3 結(jié)果討論

在實(shí)驗(yàn)中，利用PF51原子熒光光度計(jì)測(cè)定土壤和水系沉積物中的砷含量，在嚴(yán)密的實(shí)驗(yàn)條件下，最終取得了較好的實(shí)驗(yàn)測(cè)定效果。測(cè)驗(yàn)結(jié)果顯示，土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的砷含量為10.05mg/kg，水系沉積物中的砷含量為5.15mg/kg，檢驗(yàn)結(jié)果在有效范圍內(nèi)，準(zhǔn)確性比較高。利用PF51原子熒光光度計(jì)能夠快速測(cè)定不同混合物中的砷含量，且測(cè)定的過程簡單、迅速，測(cè)定結(jié)果真實(shí)、可靠。

4 結(jié)語

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)中，采用北京普析PF51原子熒光光度計(jì)測(cè)定土壤與水系沉積物中的砷，需要對(duì)相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行樣品選取，再深入探究實(shí)驗(yàn)的工作原理，并針對(duì)土壤與水系沉積物的自身特點(diǎn)，展開個(gè)體化的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。從測(cè)定結(jié)果來看，本課題所采用的測(cè)定方案具有較高的靈敏度，并具有操作簡單、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)。實(shí)驗(yàn)證明，采用原子熒光光度計(jì)能夠很好的測(cè)定土壤與水系沉積物中的砷含量。