关键词：原子吸收分光光度法；火焰；石墨炉；镉
引言
镉不是人体的必需元素，毒性很大，可在人体内积蓄，主要积蓄在肾脏，进而导致骨软化症，身长缩短、骨骼严重畸形，最后因疼痛难忍、呼吸困难死于其他合并症，是我国实施排放总量控制的指标。1955年在日本富山县神通川流域发生的痛痛病就是因镉污染中毒引发的水污染公害事件。镉的主要污染源有电镀、采矿、冶炼、染料、电池和化学工业排放的废水[1]。
目前常用的测定水中镉的主要方法有原子吸收分光光度法（AAS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。原子吸收分光光度法因为灵敏度高、精密度好、分析速度快、操作简便等特点而应用广泛。现对火焰原子吸收分光光度法（FLAAS）和石墨炉原子吸收分光光度法（GFAAS）在测定水中镉时的检出限、线性相关系数、精密度、准确度等各方面进行比较[2]。
1.原理
原子吸收分光光度法的基本原理是溶液中的金属离子化合物在高温下能够解离成原子蒸气，当光源放射出的特征波长光辐射通过原子蒸气时，原子中的外层电子吸收能量，特征谱线的光强度减弱，光强度的变化符合朗伯比尔定律，进行定量分析。
两种方法的主要不同之处在于原子化器。火焰火焰原子吸收分光光度法采用的火焰型原子化器的基本工作原理是在超音速的气流作用下，喷头利用负压的原理将溶液从毛细管吸入，并将溶液气雾撞击到撞击球上进一步细化，此气溶胶从燃烧缝进入空气与乙炔构成的火焰，在火焰的高温之下达到样品原子化的目的，参与测量。石墨炉原子吸收分光光度法采用的石墨炉原子化器的基本工作原理是将样品注入石墨管中，通过石墨锥控制在横向涂层石墨管的两端通入电流的大小，石墨管在电流作用下产生足够的高温使石墨管内部样品原子化，从而进行吸收测量。因为石墨炉有一个干燥、灰化、原子化、净化的升温过程，所以也导致分析速度较慢。
2.实验部分
2.1主要仪器与试剂
TAS-990F原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）；
contrAA 700原子吸收分光光度计（德国耶拿）；
硝酸：优级纯，德国默克；
镉标准溶液：100mg/L，环境保护部标准样品研究所；
水质标准样品：（GSB 07-1185-2000）201421，201433；
燃气：乙炔（纯度不低于99.6%，石家庄市西三教实用气体有限公司）；
氧化剂：空气，由空气压缩机供给，进入燃烧器前应经过适当过滤，以除去其中的水、油和其他杂质；
载气：氩气（纯度99.999％，石家庄市西三教实用气体有限公司）。
2.2仪器工作条件
火焰原子吸收分光光度法：波长 228.8nm；灯电流 2.0mA；光谱带宽 0.4nm；负高压 300.0V；燃气流量 1000mL/min;燃烧器高度 5.0mm；光源 空心阴极灯。
石墨炉原子吸收分光光度法：波长 228.8nm；灯电流 7.5mA；进样体积20μL；狭缝宽度 0.4nm。
2.3标准曲线绘制
火焰原子吸收分光光度法：用10mg/L的标准溶液稀释成0.1mg/L、0.2mg/L、0.3mg/L、0.4mg/L、0.5mg/L的标准系列，绘制标准曲线。
石墨炉原子吸收分光光度法：用40μg/L的标准溶液稀释成0μg/L、0.4μg/L、0.8μg/L、1.2μg/L、1.6μg/L、2.0μg/L、2.4μg/L的标准系列，绘制标准曲线。
3.结果与讨论
3.1标准曲线、相关系数及检出限
火焰原子吸收分光光度法相关系数一般要求0.999以上，石墨炉原子吸收分光光度法相关系数一般要求0.995以上，因此两种方法的标准曲线及相关系数均满足要求。
按照HJ168-2010技术导则确定检出限的方法测定检出限。因空白较低，因此分别配制0.002mg/L和0.0004mg/L的样品进行11次测定，结果见表2。计算11次平行测定的标准偏差，按照MDL=t(n-1,0.99)*S计算检出限。（MDL:方法检出限；n:样品的平行测定次数；t:自由度为n-1，置信度为99%时的t分布；自由度为10时，t(n-1,0.99)=2.764；S:n次平行测定的标准偏差）。以4倍检出限为测定下限。计算得到火焰原子吸收分光光度法的检出限为0.001mg/L，符合要求；石墨炉原子吸收分光光度法的检出限为0.0001mg/L，具有更低的方法检出限。
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3.2准确度及精密度
采用火焰原子吸收分光光度法和石墨炉原子吸收分光光度法分别连续测试水质标准样品（201421、201433）6次，所得结果见表3。两种方法测定结果均在标准范围内，说明两种方法准确均满足要求。火焰原子吸收分光光度法的相对标准偏差更低，说明具有更好的精密度。
3.3分析速度及成本
火焰原子吸收分光光度法分析一个样品的时间在10~15秒左右，分析速度快，分析成本低；而石墨炉原子吸收分光光度法分析一个样品的时间需要3~4分钟，而且石墨管寿命有限，运行成本高[3]。因此火焰原子吸收分光光度法分析速度更快，运行成本更低。
4.结语
综上，火焰原子吸收分光光度法和石墨炉原子吸收分光光度法两种方法的线性相关系数、检出限、准确度和精密度均符合要求。火焰原子吸收分光光度法分析速度快，运行成本低，适用于分析废水和受污染的水；石墨炉原子吸收分光光度法检出限低，适合分析清洁水。
参考文献
[1]国家环境保护总局. 水和废水监测分析方法(第四版增补版)[M]. 北京: 中国环境出版社, 2014: 323-324.
[2]刘景龙, 吴巧丽, 罗守娟. 原子荧光法测定水中汞的原子化条件研究[J]. 环境监控与预警, 2018, 10(4): 39-41.
[3]邓晓庆. FAAS、GFAAS、ICP-AES和ICP-MS 4种分析仪器法的比较[J]. 云南环境科学, 2006, 25(4): 56-57.
论文作者:张亚鹏
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/28
标签：原子论文; 石墨论文; 光度法论文; 检出论文; 火焰论文; 标准论文; 样品论文; 《科学与技术》2019年第22期论文;