原子荧光法测定水中汞干扰因素优化与精准分析

一、原子荧光法测定水中汞的基本原理与仪器设备

1.基本原理

在表现出酸性的环境中，样品中的汞离子（ Hg²⁺ ）会被硼氢化钾（ KBH₄ ）还原成气态的汞原子（ Hg ），化学反应方程式为： Hg²⁺+BH_4-+3H⁺=Hg↑ +H₃BO₃+3H₂↑ 。生成的汞原子由载气（通常选用氩气）带入原子化器进行原子化。特制汞空心阴极灯发出特定波长的激发光射线，致使汞原子进入激发的情形，当激发态汞原子跃回至基态的瞬间，便释放出荧光。采用检测荧光强度之法，参考预先制定的标准曲线，此曲线显示荧光强度与汞浓度呈线性关系，就能达成对水中汞含量的定量评估。

2.仪器设备及工作参数

本研究采用的仪器是AFS - 9330 型原子荧光光度计，该仪器大体上由激发光源、原子化体系、光学系统和检测系统组合而成。选用特制汞空心阴极灯作为激发光源，把灯电流调整到 30mA ，可给予强度充足又稳定的激发光，把负高压调设为280V，保证能成功激发汞原子产生荧光信号。原子化系统借助低温石英炉原子化器开展工作，原子化温度的设定值为 200^∘C ，可使汞原子成功实现有效原子化。选用氩气充当载气，以 400mL/min的流量，能迅速把还原所产生的汞原子传进原子化器中；屏蔽气采用800mL/min 的流量，可以显著降低外界环境对原子化进程的干扰。

二、影响原子荧光法测定水中汞的干扰因素

1.仪器参数相关干扰

1.1 灯电流与负高压

灯电流直接左右着激发光的强度大小，最终影响汞原子激发的实际效率。灯电流强度未达标，汞原子激发未达到充分水平，荧光信号微弱状况凸显，当灯电流设定到10mA 时，汞标准溶液浓度为 10μg/L ，荧光强度仅在100 左右徘徊；而要是灯电流设定得过高，即便可让荧光信号得到增强，却会引起背景噪声的增大，造成信号稳定性变差，且会让灯的可用寿命缩短。当灯电流增至 50mA 时，荧光强度虽抬升至 500，但基线噪声呈现出明显的增大态势，相对标准偏差（RSD）从灯电流 30mA 时的 2% ，增大到50mA 情况下的 8‰ 。负高压也是关乎荧光信号强度的关键参数。负高压数值偏低，难以给到激发汞原子的足够能量；负高压数值偏高，则会引起背景噪声的放大，引起仪器信噪比的下降。

1.2 原子化温度与气体流量

原子化温度对汞原子形成、荧光发射效率所产生的影响极为深远。原子化阶段温度明显过低，汞化合物没办法完全裂解为汞原子，引起荧光强度的减弱。若原子化温度降至 150^∘C ，汞标准溶液的荧光强度，较 200^∘C 时已降低 30% 左右。若原子化温度过高，汞原子会在高温期间和周围气体进行反应，产生以汞为主的化合物，也将引起荧光强度的下滑。载气以及屏蔽气的流量也不可忽视。载气的流量过低，汞原子迁移速率迟缓，且较易在管道线路留存，致使荧光信号稳定性变差；载气流量超出了恰当值，会引起汞原子浓度的降低，引起荧光强度减小，若载气流量从 400mL/min 调低到 200mL/min 时，荧光强度出现了约 25% 的下降；若载气流量增大到了600mL/min 时，荧光强度也降低了约 15% ，屏蔽气流量匮乏，不能有效阻隔外界空气给原子化区域带来的干扰，引起信号波动现象；屏蔽气流量超出恰当的量，会引起原子化区域气流稳定性的波动，对荧光信号的稳定性形成干扰。

2.试剂因素导致的干扰

2.1 酸的纯度与浓度

采用原子荧光法测定水中汞这一操作时，多以盐酸或硝酸作为反应所需的介质。酸的纯度有着重大意义，倘若存在汞杂质，能引起空白值大幅度上升，对样品里汞的测定产生干扰，若使用分析纯盐酸，空白荧光强度可接近200 的数值；如果采用优级纯盐酸，可把空白荧光强度降至50 以下。

酸的浓度对汞离子还原反应有明显影响。酸液浓度偏低，汞离子的充分还原未达成；酸浓度过度偏高，会跟硼氢化钾引发剧烈的反应进程，造就大量氢气，引起汞原子浓度的降低，引起荧光强度降低。

2.2 硼氢化钾溶液浓度

作为还原剂的硼氢化钾，其浓度与汞离子的还原程度存在直接关联，硼氢化钾浓度未达合适水平，无法把汞离子全部转化为汞原子，引起荧光强度出现衰减。要是硼氢化钾浓度为 0.5% 的情形下，就汞标准溶液（10μg/L ）而言，其荧光强度仅为正常浓度（ 2% ）下的大概 50‰ 。硼氢化钾浓度升至过高，会生成大量氢气，不仅会稀释掉部分汞原子浓度，还会引起火焰的不稳定状况。

3.共存元素引起的干扰

水中通常含有多种共存元素，这些元素可能与汞发生相互作用，干扰汞的测定。一些金属元素，如铅（\(Pb\)）、铊（\(Tl\)）、铋（\(Bi\)）等，与汞具有相似的化学性质，在原子化过程中会与汞竞争吸收激发光，降低汞原子的激发效率，使荧光强度减弱。

三、针对干扰因素的优化措施

1.仪器参数的优化

通过一系列单因素实验及正交试验，确定仪器的最优工作参数组合。就灯电流与负高压而言，在不同的灯电流（范围为 10mA-50mA ）与负高压（范围在240V - 320V）组合情形下，对汞标准溶液的荧光强度及其RSD展开测定。实验结果已然表明，若灯电流达到了 30mA 、负高压达到了280V时，荧光强度表现出较大值，RSD 小于 2% ，仪器的稳定性跟灵敏度取得较好的平衡态势。在原子化温度及气体流量范畴，为开展实验，分别对原子化温度 (150°C-250°C ）、载气流量（ :200mL/min-600mL/min ）和屏蔽气流量（ 600mL/min-1000mL/min ）做不同设置。若原子化温度设定为200^∘C ，载气流量控制在 400mL/min ，屏蔽气流量为 800mL/min ，汞原子化呈现出较高效率，荧光信号维持稳定情形，测量所得结果的准确水平最高。

2.试剂的选择与处理

选取优级纯这一等级的盐酸和硝酸作反应介质，以达成降低酸内汞本底值的目的。实施酸的空白测定，保证空白荧光强度契合实验的准则，按照实验所需精准地配制酸溶液，维持酸浓度在 1-1.5mol/L 这个区间，让汞离子还原反应得以顺利开展。硼氢化钾溶液要现配起来马上使用。

3.共存元素干扰的消除

就共存元素产生的干扰难题，运用化学掩蔽手段与分离富集手段予以消除。就能够与汞形成竞争吸收关系的金属元素而言，如同像铅、铊、铋，添加一定量的硫脲与抗坏血酸混合溶液（硫脲浓度为 5% ，当抗坏血酸浓度为 5% ）时作为掩蔽剂，混合溶液可跟这些金属元素形成具有稳定性的络合物，排除这些金属元素对汞测定的干扰。

综上所述，经对原子荧光法测水中汞所涉干扰因素开展系统探究，且采用具有靶向性的改良措施，可有效减少仪器参数、试剂、共存元素、环境条件以及操作过程等带来的干扰，大幅增强测定结果的精准度与精密性。优化后的方法在标准物质跟实际水样的验证实验中均有良好效果，表现出高回收程度、低相对误差以及相对标准偏差的结果。

参考文献：

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