原子荧光法测定牡蛎壳中微量汞

学士学位论文题目:原子荧光法测定牡蛎壳中微量汞姓名院系专业年级学号指导教师年月日原子荧光法测定牡蛎壳中微量汞摘要：应用原子荧光光谱法对牡蛎壳中的汞含量进行测定。研究了硼氢化钾浓度、灯电流、原子化器高度、光电管负高压的选择、载气流量等因素对测定结果的影响。利用标准曲线法对牡蛎壳样品中的汞含量进行定量。工作曲线在1.0-5.0µg/L的范围内线性关系良好，相关系数为0.9855，相对标准偏差为1.57%(n=11)，检出限为0.026µg/L，加标回收率为96-106%，样品测定结果为0.21µg/g。关键词：汞；牡蛎壳；原子荧光光谱法DeterminationofMercuryinOysterShellbyAtomicFluorescenceSpectrometryLiWenjun(SchoolofChemistryandMaterialsScience,LudongUniversity,YantaiAbstract：Theatomicfluorescencespectrometrywasusedinthisexperimentwhichaimstodetectthetracemercuryinoystershell.TheexperimentalconditionsandinstrumentaloperationparameterssuchasKBH4concentration,currentsoflampandheightofatomicoven,thechoiceofphotoelectriccellnegativevoltage,argonvelocitywasoptimizedrespectively.Undertheoptimumconditions,therewasagoodlinearrelationshipbetweenthefluorescenceintensityandmercuryconcentrationbetweentherangeof1.0-5.0µg/Lwithacorrelationcoefficientof0.9855,whiletheRSDwas1.57%(n=11)andthedetectionlimitwas0.026µg/L.Therecoverywasbetween96-106%.Thecontentsofmercurywere0.21µg/g.KeyWords:Mercury;OysterShell;AtomicFluorescenceSpectrometry目录1引言 11.1测定牡蛎壳中汞的意义 11.2汞含量测定的研究方法 11.2.1分光光度法 21.2.2冷原子吸收法 21.2.3原子荧光光谱法 21.3分析样品的准备与预处理 31.4本论文的主要工作 42实验部分 42.1实验原理 42.2仪器及主要试剂 42.3标准系列的配制 42.4仪器工作条件及参数 52.5样品制备 52.6实验步骤 53结果与讨论 63.1酸度的影响 63.2硼氢化钾浓度对测定结果的影响 63.3灯电流的选择 73.4原子化器的高度 73.5光电管负高压的选择 73.6载气流量的选择 83.7标准曲线、精密度和检出限 83.8样品测定 94结论 10参考文献 111引言1.1测定牡蛎壳中汞的意义世界卫生组织(WHO)将汞列为首位重要考虑的环境污染物。汞以各种化学形态排入环境，污染空气、水质和土壤，导致对食品的污染。食品一旦被汞污染，难以彻底除净，无论使用碾磨加工或用不同的烹调方法都无济于事。据调查，吃含汞5-6mg/kg的粮食，15天后即可发生中毒，即使吃0.2-0.3mg/kg的含汞粮，半年左右也可发生中毒。汞虽然是一种累积性毒物，但人体对汞具有一定的排泄能力。试验表明，成年人每天摄人0.025mg的甲基汞，由于人体排泄能力使之不会在身体内累积，若摄入量超过人体的排泄能力，会在体内累积。在人体其他组织中的金属汞，可能会氧化成离子状态，并转移到肾中蓄积起来。汞中毒，通常又叫“水俣病”，首次出现是在1933年的日本九州熊本县。人体受汞慢性中毒的临床表现，主要是神经性症状，有头痛、头晕、肢体麻木和疼痛、肌肉震颤、运动失调等。大量吸入汞蒸汽会出现急性汞中毒，其症候为肝炎、肾炎、蛋白尿和尿毒症等。这类病有严重的后遗症和较高的死亡率，还可以通过母体遗传给婴儿。在我国松花江和蓟河流域的一些渔民体内有明显的汞积累，而且已经出现了“拟似水俣病”的病人。但是汞中毒又是可以预测的。当时在日本就发现了一种猫，被称为舞蹈猫，原本正常的猫，走路变得摇摇晃晃，就像跳舞一样。为什么猫会先得病呢？这是因为猫去吃水俣湾里的鱼，而水俣湾的水受到污染汞含量超标。汞被鱼吸收富集，再通过食物链转到猫和人的体内。猫因为吃鱼多，所以先中毒。猫得了舞蹈病，也就是水俣病，这时人还可以进行及时的救治。这是因为人体内的汞含量还没有达到临界值，一旦到达临界值，就很难进行治疗了。所以说，汞中毒还是有一定的可预见性的。牡蛎俗称海蛎子，大连是中国太平洋牡蛎主产区之一。牡蛎味美肉细，营养价值很高，鲜牡蛎汤素有“海中牛奶”的美誉。牡蛎干肉中含有蛋白质45-57%，脂肪7-11%，肝糖19-38%，还含有丰富的维生素和碘，因此牡蛎成为人们经常食用的海产品之一。由于本实验室取材比较方便，可以通过测定本地产的牡蛎壳中汞的含量，从而判断本海域海水污染程度，具有较大的应用价值。1.2汞含量测定的研究方法汞及其化合物属于剧毒物质，可在体内蓄积。进入水体的无机汞离子可转变为毒性更大的有机汞，经食物链进入人体，引起全身中毒。天然水中含汞极少，一般不超过0.11μg/L，仪器厂、电解、贵重金属冶炼、温度计及军工等工业废水中可能存在汞，汞是我国实施排放总量控制的指标之一。汞在水体中以无机汞和有机汞形态存在，汞中毒以甲基汞最为严重。汞的测定方法较多，如分光光度法、冷原子吸收法、原子荧光法三种方法。1.2.1分光光度法分光光度法有5-Br-PADAP分光光度法、乙基紫萃取分光光度法、双硫腙分光光度法及丁基罗丹明B分光光度法。5-Br-PADAP分光光度法可用于测定矿石中的汞[1]，在含有200mg酒石酸钠溶液中，pH值为10.2的氨性介质，加入0.035%的5-Br-PADAP无水乙醇溶液10mL显色，于波长563nm处测吸光度，汞含量在0-20μg/25mLl范围内服从比尔定律。要特别注意的是，pH值有很大影响，pH值愈低，色泽稳定时间越短。在pH=10.2时，吸光度无变化。温度升高，色泽稳定时间减少。乙基紫萃取分光光度法是应用乙基紫作显色剂[1]，溴汞酸与乙基紫形成的缔合物易被苯、甲苯所萃取，可用分光光度法测汞。共存元素30种离子对本法的影响及它们可允许的量，除了Ag+、Tl3+、Au3+、Pb2+、W6+等干扰较大外，其他离子的可允许的量均在mg以上，可用于分析岩石矿物中的微量汞，表明本法在选择性、灵敏度、稳定性、及重现性等方面获得较满意的结果。双硫腙分光光度可测定溶液中的微量汞，原理是基于在酸性溶液中，两价汞离子与双硫腙能生成橙色络合物。孙旭辉[2]采用此种方法，首先用四氯化碳萃取，再用碱液洗去过量的双硫腙，然后测定吸光度。在酸性溶液中，汞、铜、银、金等离子同样可与双硫腙作用，将试液在氯化亚锡存在下经吹气分离，则可消除其他干扰。本法检测限为0.25μg汞。杨振华[3]、冯胜[4]、王献科[5]等人分别采用丁基罗丹明B分光光度法来测样品中的二价汞，首先将试样用硝酸分解，调节试液pH=4-5时，用双硫腙四氯化碳溶液萃取分离[6]，然后用含溴离子的硫酸溶液反萃取，最后用甲苯萃取汞与丁基罗丹明B的离子缔合物，用分光光度法测定。方法的灵敏度、稳定性优于双硫腙法，在有足够掩蔽剂存下，方法适用于多种物料中微量汞的测定。1.2.2冷原子吸收法冷原子吸收法也是测定痕量汞的一种有效方法。干扰因素少，灵敏度高，冷原子吸收法原理：在样品中加入一定试剂，对样品进行消解，将其中各种形态的汞全部转化为二价汞。氯化亚锡将二价汞还原成金属汞，在常温下，通入氩气，使金属汞气化，汞原子蒸汽对波长253.7nm的紫外光具有选择性吸收，在一定范围内吸收值与汞蒸汽浓度成正比。因此，选择适当的样前处理方法，将水样中汞全部转化为二价汞是准确测量水样中汞含量的先决条件。一般采用的前处理方法有：溴酸钾—溴化钾消解法、高锰酸钾—过硫酸钾消解法(近沸法、煮沸法)等三种方法[7]。1.2.3原子荧光光谱法原子荧光法是将被测元素汞在盐酸介质中，以硼氢化钾为还原剂，将汞转化为挥发性蒸气，以高纯氩气作为载气将挥发性汞从母液中分离，并导入石英炉原子化器中原子化。以特种空心阴极灯作激发光源，激发被测元素汞原子发出共振荧光，在低浓度范围内，荧光强度与汞含量成正比，以此测定汞。虽然最常用的是双硫腙萃取光度法和冷原子吸收法，但前者需用氯仿萃取，后者则需要贵重的仪器，两个方法都比较繁琐，而且易对环境造成二次污染。由于原子荧光光度法以其简便、快速、灵敏度高等优点[8]，已经应用于化探、医药和环境水样中痕量汞的测定[9-12]，所以本次实验所述方法也采用原子荧光光谱法。1.3分析样品的准备与预处理样品的处理和分解，是复杂物质分析中首先要碰到的问题。由于实际工作中要分析的物料是各种各样的，因此式样的采取、处理和分解方法也各不相同，一般有干灰化法、湿法消解法、回流法、微波消解法四种消化方法。干灰化法设备简便易得，但费时、样品损失大；湿法消解法设备易得、适用范围广、样品损失也小，但样品易污染、样品会有部分损失；回流法设备易得、样品损失小，但耗时较长；微波消解法虽然在密闭的容器中进行，消化时样品损失少，消解时间短，但冷却消耗时间较长，属于节能不节时，消化后还需要在电热板上驱赶氮氧化物，由于汞元素对温度较敏感，温度过高同样易造成汞元素的损失，而且微波消解取样量少，稀释定容后往往因含量低而无法检出[13]，除此之外，仪器比较昂贵也是问题之一。所以结合汞蒸气有毒易挥发的特点以及本实验室的条件，比较上述四种消化方法，本文采用湿法消解法处理样品，本法消化对试样没有限制，且可以批量操作，适用于大批量样品的前处理。实验也证明本法测定样品中的汞含量取得了满意的结果。所以湿法消化-氢化物原子荧光法测定食品中汞，具有安全、便捷、准确度和精确度高、消化完全且被测物质损失少等优点，值得推广应用[14-16]。值得注意的是，在实验过程中，无论采用哪种消化方法，无论样品简单还是复杂，在样品制备过程中必须遵循以下五个基本原则[17,18]：（1）样品制备过程中不能损失任何被分析组分。样品制备中，不允许有被分析组分的丢失，否则，要采取措施，弄清楚损失的数量。（2）在样品制备过程中，应将被分析组分转变成适于分析方法测定的最佳化学形态。（3）样品制备过程包括除掉基体中干扰物的分离过程。因为几乎所有的分析方法在不同程度上都会受到各种分子、原子、离子等不同形态干扰物的影响。（4）样品制备过程中，不能引入其它干扰物。应选择适当的样品处理方法，避免所用的试剂和容器所带来的干扰物。在此过程中，最容易产生的干扰就是试剂的交叉污染，当用残留了前一个样品组分的容器处理后序样品时，前一个样品的组分会或多或少被带入后续样品中，样品交叉污染便产生，尤其是前者组分含量显著高于后者时，污染程度就越严重，难以消除。样品污染在分析过程中的任何一步都可能产生。（5）样品制备应采用浓缩和稀释手段，使被分析物质的浓度落在分析方法的最佳浓度范围内。每个分析方法都有一个最佳浓度范围，如果浓度过高或过低，分析方法无能为力。在保证相同精密度和准确度的前提下，能分析横跨三个数量级浓度范围的样品的分析方法尚少见。以上五个要求彼此制约，如使用组分回收率的样品处理方法，又可能使样品干扰物增加[19]。所以尽可能综合考虑各种影响因素，使干扰及损失达到最小。1.4本论文的主要工作本文应用AFS-920型顺序注射氢化物发生原子荧光光谱法测定牡蛎壳中的汞，研究了灯电流、硼氢化钾浓度、原子化器高度、光电管负高压的选择、载气流量、酸度的影响等因素对测定结果的影响，建立了最佳测量条件。并在优化实验条件下，通过配制汞的标准系列，做出工作曲线，测定了样品中汞的含量。实验证明，该方法具有操作简单，测定速度快，灵敏度高，选择性好，基体干扰少等优点。样品采取硝酸—高氯酸—盐酸的混合酸消解方式。2实验部分2.1实验原理试样经酸加热消化后，在酸性介质中，试样溶液中的汞与硼氢化钾反应在氢化物发生系统中生成原子态汞蒸气：KBH4+3H2O+H+=H3BO3+K++8H（新生态氢）8H+Hg2+=Hg↑+3H2↑+2H+过量氢气和汞蒸气与载气（氩气）混合，进入原子化器，氢气和氩气在特制点火装置的作用下形成氩氢火焰，使待测元素原子化。汞空心阴极灯发射的特征谱线通过聚焦，激发氩氢焰中汞原子，基态原子被激发至高能态，在由高能态回到基态时，发射出特征波长的原子荧光。其荧光强度与试样中的汞浓度成正比，与标准系列比较定量。2.2仪器及主要试剂AFS-920型半自动顺序注射进样氢化物发生双道原子荧光光度计（北京吉天仪器有限公司），汞高能空心阴极灯（北京有色金属研究总院）。浓盐酸，优级纯，天津市科密欧化学试剂开发中心；浓硝酸，优级纯，天津市科密欧化学试剂开发中心；高氯酸，优级纯，天津市福晨化学试剂厂；硼氢化钾，分析纯，天津市瑞金特化学品有限公司；氢氧化钾，优级纯，天津市福晨化学试剂厂；测定用水为去离子水。载气：高纯氩气，纯度不低于99.99%，测定时压力为0.25-0.30Mpa。2.3标准系列的配制用浓度为0.010μg/mL的汞标准液按表1配制：标样号加入汞标准体积（mL）加入V:V=1:7HNO3(优级纯)体积（mL）去离子水最终定容体积（mL）标准溶液浓度值（μg/mL）00.002.5025.000.012.501.025.002.037.503.0410.004.0512.505.0表1汞标准操作液的配制2.4仪器工作条件及参数仪器条件：元素：Hg光电倍增管负高压（V）：270原子化器温度（℃）：200原子化器高度（mm）：8载气流速（mL/min）：400屏蔽气流速(mL/min)：800灯电流（mA）：30测量条件：读数时间（s）：7延迟时间（s）：2注入量（mL）：1.0重复次数：1空白判别值：100校正频率：0测量方式：Std.Curve读数方式：Peak.Area分析液单位：μg/L标准校正点：12.5样品制备本实验的待测样品是牡蛎壳，取自威海乳山。将牡蛎表面用刷子刷洗干净，后用沸水煮至其开口，将可食用部分去处干净，取壳放于已恒重的烧杯中，并置于55℃的烘箱中烘干并称至恒重后，充分研碎，用电子分析天平准确称取0.4g（±0.0002g）左右的干态样品于另一烧杯中，加浓硝酸10mL，加热消化至近清亮，再加2.0mL高氯酸，加热冒烟10min左右，以赶尽HNO3并使有机物得到破坏。待冷却后移入50m2.6实验步骤1．标准溶液的配制：按表1配制标准系列。2．仪器参数的设置：依据2.4进行设置。3．准备样品：取15mL待测液于25mL比色管中，加入V:V=1:7HNO3体积2.5mL，用去离子水定容至25mL。同时准备空白一份。4．测定：先测定标准溶液绘制标准曲线，再依次测定试剂空白、样品。5．结果记录。3结果与讨论3.1酸度的影响氢化物发生反应要求有适宜的酸度，当盐酸浓度在2-20%范围内时，汞的荧光强度变化都不大，但当盐酸浓度低于2%时荧光强度显著降低，试验表明，选取3.0µg/L的汞溶液，盐酸的酸度在2%时汞的荧光强度高，稳定性好，干扰少。故本试验可选用2%的盐酸作介质。图1酸度的影响3.2硼氢化钾浓度对测定结果的影响由于汞并不生成氢化物，它仅需要被还原成气态汞，并由载气带到原子化器中进行原子化，故不需要过多的硼氢化钾，过多的硼氢化钾产生的氢气反而会稀释汞的浓度，所以汞需要较低的硼氢化钾浓度，同样，KBH4溶液的质量浓度如果过低也会影响汞蒸气的生成率。由图1可以看出，选择0.5%的KBH4溶液，测定结果的精密度较好，故本实验选用0.5%的KBH4溶液。图2硼氢化钾溶液的影响3.3灯电流的选择实验表明，汞灯主阴极灯电流适应范围为10-50mA，结果如图2所示，灯电流的增加明显影响荧光强度的测定，但灯电流过高会影响灯的使用寿命。实验表明，在灯电流为30mA时，灵敏度和重现度较好。图3灯电流的影响3.4原子化器的高度原子化器高度（即火焰观察高度）是原子化器最高端距透镜中心水平面的垂直距离。实验证明，原子化器高度与试样的原子化率有关，当原子化器观察高度为8mm时，汞的相对荧光强度都比较强，所以选择原子化器高度为图4原子化器高度的影响3.5光电管负高压的选择使用汞标准操作在负高压为200-380V之间测定荧光值，结果如图4。负高压在一定范围内与荧光强度成线性关系，随着光电管负高压的增大，荧光强度显著升高，一般负高压每增加20V，荧光值增加一倍。但当光电管负高压增加时，信号和噪声水平也同时增加，因此当灵敏度满足要求时，应尽可能采用较低的负高压，本试验选择的负高压为270V。图5光电管负高压的影响3.6载气流量的选择过低的氩气流量不能将足够的氢化物带到原子化器中，使荧光强度降低，影响检测的灵敏度和稳定性；若流量过高，会稀释氢化物，也会导致检测灵敏性和稳定性变差。固定其他条件，在载气流量从300-700mL/min范围内测定荧光强度，结果如图5所示。当载气流量为400mL/min时，汞具有较高的荧光强度和较好的精密度。如果载气的流量低于400mL/min，会使氩氢焰中汞的瞬间原子密度降低，荧光信号较弱。载气流量太高时，由于稀释作用，也导致荧光强度下降，所以实验选用载气流量为400mL/min。图6载气流量的影响3.7标准曲线、精密度和检出限在选定的条件下进行实验，绘制的标准曲线如图6，标准曲线在汞1.0-5.0μg/L浓度范围内线性关系良好，线性回归方程为IF=356c-113.42，相关系数为r=0.9855。图6标准曲线对3.0μg/L的汞标准溶液进行11次测定，所得数据及相对标准偏差结果如表2。表2相对标准偏差（RSD）的测定次数123456荧光强度645.5642.3644.3643.6646.9645.7次数7891011荧光强度646.9647.6645.8646.1644.8平均值645.41相对标准偏差(%)1.57所得相对标准偏差（RSD）为1.57%<2%，表明此方法的精密度符合分析的要求。对空白溶液进行11次平行测定，以3s/K计算检出限，所得结果如表3。表3检出限次数123456荧光强度2002.52006.72008.51999.22004.52006.5次数7891011荧光强度2007.72005.62003.31999.52003.7相对标准偏差(%)3.08检出限(µg/L)0.0263.8样品测定称取0.4g（±0.0002g）牡蛎壳于烧杯中，按照表4样品测定结果样品溶液中汞含量（µg/L）加标量（µg/L）加标测定值（µg/L）回收率(%)RSD%牡蛎壳中汞的含量（µg/g）样品11.822.03.7496.11.420.20样品21.802.03.91105.61.560.214结论采用原子荧光光度法测定牡蛎壳中的汞含量，优化得到的实验条件为2%的盐酸作介质、硼氢化钾浓度0.5%、灯电流30mA、原子化器高度8mm、光电管负高压270V、载气流量400mL/min。工作曲线在1.0-5.0µg/L的范围内线性关系良好，相关系数为0.9855，相对标准偏差为1.57%(n=11)，检出限为0.026µg/L，加标回收率为96-106%。本法灵敏度高，选择性及稳定性好，精密度和准确度均符合分析的要求。牡蛎壳中汞的含量测定结果为0.21µg/g，在水产品中汞含量的限量范围（≤0.3µg/g）之内参考文献黄运显,孙维贞.常见化学元素分析方法[M].化学工业出版社,2008,1:170-180.孙旭辉.光度法直接测定水溶液中微量汞的分析方法研究[J].工业水处理,2008,28(12):73-75.杨振华,程水静.汞(Ⅱ)-硫氰酸盐-罗丹明B-聚乙烯醇显色体系的研究和应用[J].南昌大学学报(工科版),1998,20(2):59-63.冯胜,张治芬.硫氰酸盐-罗丹明B-聚乙烯醇光度法在水相中测定微量汞[J]