王振華，姜 蕾

(上海城市水資源開(kāi)發(fā)利用國(guó)家工程中心有限公司，上海 200082)

《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB/T 5750—2006)規(guī)定了自來(lái)水中汞的測(cè)定方法[1]，也是目前在用的檢測(cè)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(jiǎn)單，受水樣基體干擾小[4]，且設(shè)備相對(duì)價(jià)格更低，是測(cè)量水中痕量汞最主要的方法[5]。

GB/T 5750—2006 中原子熒光法測(cè)汞的最低檢測(cè)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(cè)質(zhì)量濃度。因此，有必要對(duì)GB/T 5750—2006原子熒光法測(cè)汞對(duì)上海市地方標(biāo)準(zhǔn)的方法適用性進(jìn)行新的驗(yàn)證，以確保檢測(cè)數(shù)據(jù)可靠可用。

另一方面，在實(shí)際測(cè)樣過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，汞的熒光強(qiáng)度會(huì)隨著測(cè)樣次數(shù)的上升持續(xù)上浮，影響檢測(cè)數(shù)據(jù)，這一問(wèn)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(wú)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(shí)，重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線再測(cè)余下的樣品，上浮時(shí)再重新繪制[8-9,13]。除此之外，需控制實(shí)驗(yàn)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(cè)定[16-17]等。

本文預(yù)通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證GB/T 5750—2006原子熒光法測(cè)汞對(duì)上海市地方標(biāo)準(zhǔn)的適用性，同時(shí)，為實(shí)際測(cè)樣過(guò)程中汞標(biāo)準(zhǔn)空白升高的問(wèn)題提出具體的解決方法和建議。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

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

鹽酸(優(yōu)級(jí)純)；抗壞血酸(分析純)；硼氫化鉀(分析純)；無(wú)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(guó)計(jì)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(shí)間為18 s，延遲時(shí)間為2 s，原子化器高度為10 mm。選擇儀器自動(dòng)配標(biāo)法測(cè)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(jí)稀釋成質(zhì)量濃度為100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液，稀釋過(guò)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(gè)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(dòng)配標(biāo)，自動(dòng)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(wú)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(yàn)方法

1.5.1 原子熒光測(cè)汞的方法確認(rèn)

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

(1)儀器預(yù)熱時(shí)間和試驗(yàn)溫濕度

在不吸入標(biāo)準(zhǔn)、樣品和試劑的情況下，測(cè)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(shí)間，并篩選適合的試驗(yàn)溫濕度。

(2)檢出限、精密度和加標(biāo)回收的測(cè)定

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

1.5.2 原子熒光測(cè)汞的方法優(yōu)化

在篩選得出的試驗(yàn)溫濕度條件和預(yù)熱時(shí)間下，對(duì)某一個(gè)自來(lái)水樣品連續(xù)測(cè)定100次，比較只繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線和每測(cè)10個(gè)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(shí)間和試驗(yàn)溫濕度

GB/T 5750—2006(以下簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo))原子熒光法測(cè)汞要求，儀器在最優(yōu)條件下，預(yù)熱30 min后進(jìn)行測(cè)定。本試驗(yàn)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(cè)空氣)，記錄期間的空白熒光強(qiáng)度變化。同時(shí)，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(shí)間的推移，各試驗(yàn)組的熒光強(qiáng)度逐漸上升，說(shuō)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(guó)標(biāo)為何要預(yù)熱儀器30 min。總體來(lái)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(shuō)明即便預(yù)熱30 min以上，后續(xù)儀器仍然可能會(huì)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(shí)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(guò)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(shí)間推移上升幅度相對(duì)較緩。其中，19.6 ℃-36%組的濕度是5組試驗(yàn)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(shuō)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(yàn)結(jié)果，測(cè)樣前應(yīng)充分預(yù)熱儀器，預(yù)熱時(shí)間越長(zhǎng)，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(cè)效率的情況下，本試驗(yàn)選擇室溫19.9 ℃、濕度36%、預(yù)熱儀器1 h，作為后續(xù)檢測(cè)試驗(yàn)的條件。

2.2 檢出限測(cè)定

在溫度為19.9 ℃、濕度為36%條件下，儀器預(yù)熱1 h后，對(duì)11份試劑空白進(jìn)行測(cè)定，檢出限為儀器自動(dòng)計(jì)算。計(jì)算公式為：DL=3×SD/K。其中，SD為連續(xù)11次測(cè)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(cè)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(guó)標(biāo)原子熒光法測(cè)汞的最低檢測(cè)質(zhì)量濃度為0.1 μg/L。說(shuō)明，本方法的檢出限不僅能滿足國(guó)標(biāo)要求，且能檢測(cè)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(cè)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(yàn)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(duì)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(cè)定6次的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.58%和5.00%，國(guó)標(biāo)原子熒光法測(cè)汞的相對(duì)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(guó)標(biāo)原子熒光法測(cè)汞的加標(biāo)回收率為86.7%～120%。綜上，本方法的精密度滿足國(guó)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(cè)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(duì)某一個(gè)自來(lái)水樣品連續(xù)測(cè)定100次，比較只繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線和每測(cè)10個(gè)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(cè)值的差異，以及每測(cè)10個(gè)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(lái)水樣品測(cè)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(gè)樣品重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，連續(xù)測(cè)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(lái)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(gè)樣繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線的自來(lái)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(shí)，樣品質(zhì)量濃度隨檢測(cè)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(cè)值的6～7倍。

由圖3可知，每10個(gè)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(cè)值處于0.09～0.12 μg/L，沒(méi)有出現(xiàn)檢測(cè)值持續(xù)上升的現(xiàn)象。

2.4.2 內(nèi)控和質(zhì)控樣測(cè)定值的變化

在2.4.1的基礎(chǔ)上，測(cè)定樣品前以及之后每測(cè)定10次樣品時(shí)，加測(cè)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(cè)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(duì)應(yīng)的是測(cè)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(shū)值為(4.23±0.36)μg/L，證書(shū)要求稀釋25倍，實(shí)際檢測(cè)時(shí)稀釋800倍，按此稀釋條件，汞質(zhì)控的證書(shū)值應(yīng)折算為(0.13±0.01)μg/L；汞內(nèi)控樣品實(shí)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(kāi)始的時(shí)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(cè)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(shū)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(shuō)明，重校曲線后的檢測(cè)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(lái)水樣品一致，即每10個(gè)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(gè)樣品繪制1次標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)定100個(gè)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(cè)樣次數(shù)增加逐漸變大，從640.165增至755.806，增長(zhǎng)了18%。標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率不同，對(duì)于同一熒光信號(hào)值，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度也不同，斜率越高，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度越低。說(shuō)明，如果不在測(cè)樣期間重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，樣品檢測(cè)值會(huì)被計(jì)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(duì)應(yīng)的測(cè)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(duì)應(yīng)的測(cè)樣次數(shù)分別為第61～70次、第71～80次、第81～90次、第91～100次。說(shuō)明，從第40個(gè)樣品開(kāi)始，工作曲線有趨穩(wěn)的跡象，而第60個(gè)樣品以后，工作曲線的斜率在上下波動(dòng)的同時(shí)總體趨勢(shì)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(duì)應(yīng)，最高質(zhì)量濃度點(diǎn)的熒光強(qiáng)度隨測(cè)定次數(shù)的增加逐漸升高，從第60個(gè)樣品開(kāi)始，熒光強(qiáng)度的上下波動(dòng)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(huì)先測(cè)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(cè)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(cè)樣時(shí)達(dá)到頂峰，第91～100次測(cè)樣時(shí)出現(xiàn)了下降。這說(shuō)明，儀器出現(xiàn)基線漂移的同時(shí)，在測(cè)定一定數(shù)量的樣品后會(huì)小幅下調(diào)。這種基線漂移可以通過(guò)重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)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(yàn)條件下，充分預(yù)熱1 h后，隨著檢測(cè)次數(shù)的增加，儀器仍然會(huì)出現(xiàn)一定程度的基線漂移，具體表現(xiàn)為檢測(cè)數(shù)據(jù)持續(xù)升高，超出可接受范圍。不過(guò)，當(dāng)每測(cè)10個(gè)樣品重新繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線后，這個(gè)問(wèn)題可以得到很好的解決。由于重新測(cè)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(cè)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(cè)定自來(lái)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(cè)數(shù)據(jù)上浮，做樣前應(yīng)按照國(guó)標(biāo)GB 5750—2006要求預(yù)熱儀器30 min或以上，且預(yù)熱時(shí)間越長(zhǎng)，濕度越小，越有利于儀器穩(wěn)定。此外，建議每測(cè)10個(gè)樣品重校1次標(biāo)準(zhǔn)曲線，當(dāng)測(cè)定40個(gè)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(wú)需再重校標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)自身儀器情況和外在試驗(yàn)環(huán)境可以調(diào)整重校頻次。