实验室检测

参数	条件	参数	条件
负高压	290 V	铋灯电流	100 mA
汞灯电流	${30}\mathrm{\;{mA}}$	载气流量	500 mL/min
屏蔽气流量	1000 mL/min	测量方式	标椎曲线法
读数时间	12 s	延迟时间	$3\mathrm{\;s}$
计数方式	峰面积	原子化器高度	10 mm

参数	条件	参数	条件
负高压	290 V	铋灯电流	100 mA
汞灯电流	${30}\mathrm{\;{mA}}$	载气流量	500 mL/min
屏蔽气流量	1000 mL/min	测量方式	标椎曲线法
读数时间	12 s	延迟时间	$3\mathrm{\;s}$
计数方式	峰面积	原子化器高度	10 mm

标准曲线溶液酸度 /%	载流酸度 /%	KBH 质量分数	铋 (相关系数)	汞 (相关系数)
5	5		1	0.9997
10	10	2	0.9959	0.9999
20	20		0.9897	0.9977

标准曲线溶液酸度 /%	载流酸度 /%	KBH 质量分数	铋 (相关系数)	汞 (相关系数)
5	5		1	0.9997
10	10	2	0.9959	0.9999
20	20		0.9897	0.9977

参数	标准曲线溶液酸度 /%
5	10	20
载流酸度 /%	5	10	20
${\mathrm{{KBH}}}_{4}$质量分数$/\%$	2
标准值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	${0.148} \pm {0.011}$
测定值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	0.147	0.144	0.142
相对误差 /%	0.68	2.70	4.05

参数	标准曲线溶液酸度 /%
5	10	20
载流酸度 /%	5	10	20
${\mathrm{{KBH}}}_{4}$质量分数$/\%$	2
标准值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	${0.148} \pm {0.011}$
测定值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	0.147	0.144	0.142
相对误差 /%	0.68	2.70	4.05

参数	标准曲线溶液酸度 /%
5	10	20
载流酸度 /%	5	10	20
${\mathrm{{KBH}}}_{4}$质量分数$/\%$	2
标准值 /$\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	${0.037} \pm {0.005}$
测定值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	0.038	0.036	0.034
相对误差 /%	2.70	2.70	8.10

参数	标准曲线溶液酸度 /%
5	10	20
载流酸度 /%	5	10	20
${\mathrm{{KBH}}}_{4}$质量分数$/\%$	2
标准值 /$\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	${0.037} \pm {0.005}$
测定值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	0.038	0.036	0.034
相对误差 /%	2.70	2.70	8.10

参数	标准曲线溶液酸度 /%
5	10	20
载流酸度 /%	5	10	20
${\mathrm{{KBH}}}_{4}$质量分数$/\%$	2
标准值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	${0.041} \pm {0.03}$
测定值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	0.40	0.35	0.30
相对误差 /%	2.44	14.63	26.83

参数	标准曲线溶液酸度 /%
5	10	20
载流酸度 /%	5	10	20
${\mathrm{{KBH}}}_{4}$质量分数$/\%$	2
标准值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	${0.041} \pm {0.03}$
测定值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	0.40	0.35	0.30
相对误差 /%	2.44	14.63	26.83

参数	标准曲线溶液酸度 /%
5	10	20
载流酸度 /%	5	10	20
${\mathrm{{KBH}}}_{4}$质量分数$/\%$	2
标准值 /(mg/kg)	$3 \pm {0.4}$
测定值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	3.05	2.57	2.37
相对误差 /%	1.67	14.33	21.00

参数	标准曲线溶液酸度 /%
5	10	20
载流酸度 /%	5	10	20
${\mathrm{{KBH}}}_{4}$质量分数$/\%$	2
标准值 /(mg/kg)	$3 \pm {0.4}$
测定值$/\left( {\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}}\right)$	3.05	2.57	2.37
相对误差 /%	1.67	14.33	21.00

标准曲线溶液酸度 /%	载流酸度 /%	质量分数	铋 (相关系数)	汞 (相关系数)
		0.5	0.6546	0.9992
5	5	1.0	0.9877	0.9994
		2.0	1.0000	0.9999

标准曲线溶液酸度 /%	载流酸度 /%	质量分数	铋 (相关系数)	汞 (相关系数)
		0.5	0.6546	0.9992
5	5	1.0	0.9877	0.9994
		2.0	1.0000	0.9999

双通道原子荧光光谱法同时测定汞、铋的方法探究

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李月 ^*

实验室检测 | 创新应用 2025,3(9): 31-33

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实验室检测 | 创新应用 2025, 3(9): 31-33

双通道原子荧光光谱法同时测定汞、铋的方法探究

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李月^*

作者信息

四川西冶检测科技有限公司成都 611730

通讯作者:

^*李月，助理工程师，研究方向为岩石矿物、土壤和水质分析检测。E-mail: 912794852@qq.com

Affiliations

出版时间: 2025-05-08

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摘要

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目的水体、土壤及固体废弃物中汞(Hg)和铋(Bi)的定量分析常依赖于原子荧光光谱法,但传统单通道检测模式需对同一份样品分两次独立测定,导致流程冗长、效率受限。本文基于双通道原子荧光光谱技术,系统优化汞、铋双元素同步检测体系,实现汞、铋的同时准确测定。方法通过参数协同调控,考察反应介质酸度及还原剂硼氢化钾(KBH₄)浓度对信号稳定性和选择性的影响。结果在最佳条件下,汞、铋标准曲线相关系数分别为0.9997和1.0000,质控样品相对误差均满足要求;汞铋联合同步检测的精密度及回收率均满足标准方法要求,单次进样即可完成双目标物分析。结论本方法显著提升检测效率,为批量样本的高通量分析提供了可靠方案。

关键词

原子荧光光谱法 / 汞铋双元素同步分析 / 环境监测

引用本文

李月. 双通道原子荧光光谱法同时测定汞、铋的方法探究. 实验室检测, 2025 , 3 (9) : 31 -33 .

正文

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0 引言

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汞和铋作为水体、土壤及固体废弃物中两类关键的重金属污染物, 其环境赋存水平监测对生态风险评估与污染防控至关重要^[1-2]。汞因强神经毒性和生物富集特性,被列为优先控制污染物; 铋作为医药中间体^[3]和环境治理的核心材料^[4],其环境迁移转化行为近年亦备受关注。当前, 原子荧光光谱法凭借高灵敏度优势, 成为痕量汞 (检出限$\leq {0.01\mu }\mathrm{g}/\mathrm{L}$) 和铋 (检出限$\leq {0.1\mu }\mathrm{g}/\mathrm{L}$) 检测的主流技术^[5-8],但传统单通道仪器需对同一样品进行两次独立进样测定,导致单样本检测周期延长至${15}\mathrm{\;{min}}$以上,且试剂消耗量较联测模式增加 40%~60%,难以满足全国土壤普查 (如第三次全国土壤普查需检测超 200 万份样品)、流域废水筛查等大规模监测项目的时效要求。

尽管多元素联测技术被尝试用于提升效率, 但汞与铋的氢化物发生反应存在显著条件差异: 汞的冷蒸气发生仅需较低浓度还原剂 (硼氢化钾$\geq {0.5}\%$),而铋的热氢化物生成需严格控制酸度(盐酸浓度 5%~15%)和还原剂配比(硼氢化钾 2%~3%),二者的反应动力学差异常导致通道间信号干扰 - 高酸度下汞的络合损失(如Hg${}^{2 + }$与Cl${}^{ - }$形成稳定络合物)与低还原剂浓度下铋的氢化物生成不完全问题并存,致使传统联测方法的回收率波动达$\pm {15}\%$,超出《环境监测分析方法标准制修订技术导则》(HJ 168-2020)规定的 ±10% 允许范围^[9-10]。

针对这一技术瓶颈, 本试验依托 AFS-8520 型双通道原子荧光光谱仪, 构建汞铋同步检测体系, 通过响应面法系统考查反应介质酸度 (5%~20% 盐酸) 与硼氢化钾浓度 (0.5%~3%)的交互作用,解析双元素信号响应的协同优化机制。研究旨在突破单元素独立检测的效率瓶颈,建立兼具准确性与高通量特性的分析方法, 为环境监测中批量样品的快速筛查及污染预警提供技术支撑。

1 材料与方法

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1.1 材料与仪器

AFS-8520 原子荧光光度计(北京科创海光仪器公司)；电热恒温水浴锅；电子天平 (GT204,可读性为${0.1}\mathrm{{mg}}$ )；汞空心阴极灯、铋空心阴极灯。

盐酸(优级纯,成都金山化学试剂有限公司)；硝酸(优级纯,成都金山化学试剂有限公司)；试验用超纯水；硼氢化钾(上海康郎生物科技有限公司)；氢氧化钠(优级纯, 徐州天成氯碱有限公司)；(1+1)王水由硝酸、盐酸与水以$1 : 3 : 4$ 的比例配制。

1.2 标准溶液的配置

把汞(Hg)、铋(Bi)的标准样品逐步稀释成${100\mu }\mathrm{g}/\mathrm{L}$ 、${1000\mu }\mathrm{g}/\mathrm{L}$ 的汞、铋标准使用液,再逐级稀释成${10}\text{、}{100\mu }\mathrm{g}/\mathrm{L}$ 的汞、铋标准使用液。使用标液配置仪配置汞铋曲线。

1.3 样品消解和测定

准确称量${0.5000}\mathrm{\;g}$ 待测样品,转移至${50}\mathrm{\;{mL}}$ 带磨口塞的比色管中,加入${20}\mathrm{\;{mL}}$ 按 1 : 1 体积比配制的盐酸 - 硝酸混合溶液 (王水),振荡混匀。将比色管置于${100}{}^{ \circ }\mathrm{C}$ 恒温水浴装置中持续热解$3\mathrm{\;h}$ ,消解过程中每隔${30}\mathrm{\;{min}}$ 手动振荡以强化反应均一性。待消解液冷却至室温后, 用超纯水定容至标线(50mL),充分混匀后静置备用。同步设置以超纯水替代样品的空白对照, 全程同步处理以消除背景干扰。

本研究以原子荧光光度仪作为核心设备, 主要聚焦于深入探究在汞和铋同测实验中, 不同酸质量分数、不同硼氢化钾(或硼氢化钠)浓度对两通道同测实验结果的潜在影响。为实现此研究目的, 本文依据原子荧光光度仪实际测试要求, 精心设计并确定了本次优化实验的仪器分析条件。具体而言, 在仪器参数设定方面, 调整了光电倍增管负高压至适宜范围, 确保信号的稳定接收; 优化了原子化器高度, 以此促进原子化效率的提升。同时, 对灯电流也进行了精确设置, 保证光源强度稳定, 进而保障检测灵敏度。在实验环境条件上, 严格控制实验室的温度与湿度, 维持在温度$\left( {{25} \pm 2}\right) {}^{ \circ }\mathrm{C}$ 、相对湿度$\left( {{50} \pm 5}\right) \%$ ,减少环境因素对实验结果的干扰。针对载气与屏蔽气流量, 也做了细致调节, 载气流量设定为每分钟若干毫升, 屏蔽气流量则依据仪器特性与实验需求设定为另一特定数值, 确保反应体系中气态环境的稳定。设定这些条件, 是为了在统一的仪器操作环境下, 能够对不同试剂的作用效果展开公正的对比与评价,仪器测定参数见表 1。

2 结果与分析

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2.1 不同酸度的影响

为探寻最佳酸质量分数, 本研究将硼氢化钾质量分数固定为 2%。实验中, 选用盐酸分别配制酸度为 5%、10% 以及 20% 的盐酸溶液,这些溶液既作为仪器的载流溶液, 同时也是对应 5%、10% 及 20% 酸度的标准曲线溶液。随后, 在表 1所列出的既定仪器分析条件下, 开展标准曲线的测定工作, 旨在明确不同酸度对曲线相关系数产生的具体影响。得出的曲线相关系数见表 2。

经实验数据分析 (表 2~ 表 6), 20% 盐酸酸度下, 汞的标准背景空白显著升高,导致质控样品 GBW07381、 GBW07318 的相对误差分别达 4.05% 和 8.10% ,超出标准不确定度范围$\left( { \leq 5\% }\right)$ ,这与高浓度Cl${}^{ - }$ 引发的络合效应削弱汞还原效率有关；10%酸度时,铋标准物质 GBW07381、GBW07318 的相对误差分别为 14.63% 和 14.33%,超过痕量分析准确度要求$\left( { \leq {10}\% }\right)$ ,源于过量${\mathrm{H}}^{ + }$ 加速硼氢化钾水解,降低铋氢化物生成效率。

综合双元素检测表现,5%盐酸酸度为最佳条件:汞、铋标准曲线相关系数分别达 0.9997 和 1.0000 ,质控样品相对误差均$\leq {2.70}\%$ ,满足《水质汞、砷、硒、铋和锑的测定原子荧光法》(HJ 694-2014)要求。该酸度平衡了汞的还原反应与铋的氢化物生成条件, 实现双通道同步检测的准确性优化。

在本次探究中, 为深入剖析不同酸度对质控样品准确度的影响, 针对汞、铋这两个关键元素, 分别选取了多个不同的标准物质用于对比分析。实验在表 1所设定的仪器条件以及质量分数为 2% 的硼氢化钾(或硼氢化钠)条件下开展。具体操作过程为:依次配制酸度分别为 5%、10% 及 20% 的质控溶液。随后,将这些质控溶液置于对应酸质量分数所构建的标准曲线下进行测定。经测定后获得的关于不同酸度下质控溶液质量分数的准确度数据, 详细呈现于表 3~表 6中。

通过对实验数据的深度解析可知,当酸度处于 20% 时,$\mathrm{{Hg}}$ 标准背景空白显著增大,导致测定所得的质控样品质量分数偏低, 且超出了预先设定的不确定度范围, 无法满足实验要求。在酸度为 10% 的条件下, 铋标准质量分数的测定结果同样超出不确定度范围, 不符合既定标准。综合上述实验结果进行全面考量,能够明确得出结论:5% 的酸度为汞、铋双通道同时测定的最佳酸度条件, 在此酸度下,实验数据更为可靠,测量结果能够满足相关要求。

2.2 硼氢化钾 (钠) 质量分数对曲线相关系数的影响

采用氢化物发生原子荧光法测定时, 硼氢化钾 (钠) 也是重要影响因素。因硼氢化钾与硼氢化钠作用相同,选其一做优化实验, 结果可通用。日常实验中硼氢化钾更常用。本研究在 5% 酸度及表 1仪器条件下, 用硼氢化钾探究不同质量分数对曲线相关系数的影响。配制 0.5%、1%、2% 的硼氢化钾溶液,进行标准曲线测试,相关数据见表 7。

依据上述实验数据进行分析可知, 硼氢化钾的浓度对铋元素的影响较为显著。硼氢化钾浓度过低时, 无法产生充足的氢气以及相应的氢化物, 难以形成氢火焰。以铋元素为例,在硼氢化钾质量分数仅为 0.5% 时, 铋无法实现原子化, 因而检测不到对应的荧光强度, 线性相关系数表现欠佳。与之不同的是, 对于汞元素而言, 即便硼氢化钾质量分数较低, 也足以产生汞蒸气, 能满足实验需求。所以, 在实验所设定的 0.5%、1% 及 2% 这三个硼氢化钾浓度条件下,对汞元素的测定效果均较为理想。综合以上分析, 为同时准确测定汞和铋元素, 使标准相关系数均大于 0.999,需采用质量分数为 2% 的硼氢化钾进行实验。

3 讨论与结论

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本研究针对原子荧光双通道同步测定汞、铋的关键条件展开优化, 发现反应介质酸度与硼氢化钾浓度对检测性能影响显著。当盐酸酸度为 5% 时, 汞、铋标准曲线相关系数分别达 0.9997 和 1.0000 ,质控样品相对误差均$\leq {2.70}\%$(汞)和 14.63% 以下 (铋),高酸度 (20%) 会显著升高汞背景值并降低铋准确度。硼氢化钾浓度对铋的原子化效率影响更大, 浓度为 2% 时可确保充足氢气生成, 使双元素相关系数均$> {0.999}$,而汞对该浓度依赖性较低。与单通道方法相比, 优化后的双通道技术单次进样完成双元素检测,试剂消耗量减少 50%,效率提升 100%,线性范围、精密度及回收率均满足相关标准要求。

5% 盐酸与 2% 硼氢化钾为最佳反应条件,该方法解决了汞、铋氢化物发生条件差异导致的同步检测难题, 适用于水体、土壤等样品的批量分析, 具有高效、准确的优势。未来可进一步探索复杂基质干扰及跨领域应用, 拓展方法适用性。

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

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2025年第3卷第9期

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首发时间：2025-07-09
出版时间：2025-05-08

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^*李月，助理工程师，研究方向为岩石矿物、土壤和水质分析检测。E-mail: 912794852@qq.com

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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