氢化物发生-原子荧光光谱法在化探样品测试中的应用进展

徐小娟

（安徽省地球物理地球化学勘查技术院，安徽合肥230022）

原子荧光光谱法[1]最早在1964年被提出，技术上历经50 多年不断发展和改进，方法已趋于成熟。我国无论在蒸气发生-原子荧光光谱仪的研发上，还是在分析方法的开发和技术的推广应用上，均处于国际领先水平，具有完全自主的知识产权。HG-AFS在测定砷、锑、铋、汞、碲、硒、锡、镉和铅等痕量杂质元素方面，具有选择性好、检出限低、灵敏度高、干扰少、线性范围宽等优点，比电感耦合等离子体原子发射光谱法(IPC-AES)和火焰原子吸收光谱法(FAAS)具有更低的检出限和更高的灵敏度[2-3]，目前已广泛应用于环境检测、地质、医药检验、冶金和食品卫生等领域的痕量重金属元素的测定。

HG-AFS虽具有检出限低、灵敏度高及线性范围宽等优点，但在测定痕量元素的过程中，往往伴随着较强的基体元素的干扰，从而影响测定结果的准确性和可靠性。近年来，通过大量的试验研究，针对不同的化探样品，建立了不同的痕量元素HG-AFS分析方法。本文对近年来有关HG-AFS 在化探痕量元素分析的最新进展及应用进行了综述，同时对该技术的未来发展作了展望。

1 HG-AFS在化探测定痕量元素中的应用

1.1 砷含量测定

砷及其化合物会对环境和人体健康构成危害。在冶炼过程中，一部分砷可能进入大气、土壤、水，还有一部分砷可能残留在农产品中，进入食材。因此准确测定化探样品中砷的含量具有重要的意义。

对于砷的检测，最常用的前处理方法就是强酸加热消解法。陈海英[4]建立了王水消解HG-AFS测定铜坑矿中砷的方法，检出限为0.1 μg/L，加标回收率为95.1%～102.7%，可广泛适用于铜坑矿、磁黄铁矿、闪锌矿、黄铁矿辉石、方铅矿、锡石等矿石中砷的测定。陈殿耿等[5]用硝酸-氢氟酸-硫酸-盐酸体系溶解红土镍矿，并以硫脲-抗坏血酸作为还原掩蔽剂检测其中砷的含量，适用于红土镍矿中0.005%～0.1%砷的测定；雷美康等[6]建立了HG-AFS 快速测定钨矿石中砷的分析方法，对盐酸-硝酸溶样方法及共存元素的干扰进行了研究，并优化了仪器条件，结果发现：用盐酸-硝酸溶解样品完全，通过加入酒石酸和硫脲-抗坏血酸抑制基体钨等其他金属离子的干扰，方法的定量限为0.20 μg/g，回收率为87.5%～105.6%。

1.2 锑含量测定

锑已被美国环境保护总局和欧盟列为优先控制的污染物，其对人体及环境生物具有毒副作用，疑似致癌物。一般铜矿中就含有一定量的锑。锑的存在会影响铜合金的强度和抗弯曲能力；锑对钢的强度和抗弯曲能力均有明显的不利影响，导致钢产生高温脆性。

锑最常使用的前处理方法就是直接加入强酸微波消解或加热溶解。郑向明[7]采用硝酸-氯酸钾-氢氟酸-硫酸溶解样品，以硫脲-抗坏血酸为预还原剂，实现了HG-AFS 对银精矿中锑的测定，方法检出限为60 ng/L，回收率为95%～105%。潘建忠等[8]用硫酸-硫酸铵消解样品，用柠檬酸在氨性介质中络合锰、铁、钨等，用抗坏血酸预还原五价的锑到三价，盐酸浓度控制在15%，HG-AFS 测定钨精矿中锑量，检出下限可达到0.001%；郑智慷等[9]采用硝酸-氢氟酸微波消解岩石或土壤中的锑，消解完成后加入一定量高氯酸，加热赶去氢氟酸后经硫脲-抗坏血酸体系还原，体系中的锑不会在赶酸过程中造成损失，锑的测定结果不会偏低，准确度较高。金宇等[10]采用硝酸、氢氟酸和高氯酸消解氟石样品，以L-半胱氨酸为预还原剂，在60℃的温度下进行还原，使溶液中的Sb(Ⅴ)还原为Sb(Ⅲ)，用HG-AFS 测定氟石中总锑含量，方法检出限为24 ng/L，回收率为94%～106%。

1.3 铋含量测定

铋是一种稀有金属，是许多金属矿床的通用检测元素，在地球和地热工作中是很重要的指示元素；当然铋也有一定的危害，例如铜中的铋就会严重危害阴极铜的质量及电解的生产；钢铁及其合金材料中的痕量铋极易在晶界偏聚，造成晶界脆化，使合金的持久强度及塑性降低。

铋与砷、锑在同一族，其前处理方法也基本与它们相同，一般是加入王水等强酸与样品混匀，沸水浴保温1～2 h 后上机；也可采用强碱熔融，热水浸取酸化后测定。刘晓燕等[11]用氯酸钾-硝酸-氢氟酸-硫酸-盐酸溶样，以硫脲-抗坏血酸为预还原试剂，硼氢化钾为还原剂，5%盐酸为测定介质，实现了HG-AFS对银精矿中铋的测定，方法检出限为20 ng/L，回收率为99%～102%。胡兰等[12]建立了碱性模式，用HG-AFS测定多金属矿石中微量铋的分析方法，精度(RSD,n=12)为2.97%，回收率为95%～104%。卢艳蓉[13]采用氢氧化钠和过氧化钠，在700℃马弗炉中熔解10 min 至样品完全分解，建立了HG-AFS测定铁矿石中铋的方法，测得结果的相对标准偏差为0.78%～1.3%，回收率为96%～105%。

1.4 汞含量测定

汞是环境中重要的有毒、有害元素，会对环境和人类健康造成极大危害。汞含量的高低不仅影响矿石的品质，而且在冶炼过程中会导致触媒中毒，对环境也存在一定的危害。因此，检测金属材料中的汞，以保证使用金属材料制品后不会给人体和环境带来汞危害是非常必要的。

测定地球化学样品中的痕量汞时，普遍采用强酸溶解测试（微波）的方法，如陆迁树等[14]用盐酸-硝酸混合酸于沸水浴中加热2 h 消解，HG-AFS 测定地球化学样品中痕量汞，方法的检出限为0.24 ng/g。张洁等[15]将样品中加入硝酸-氢氟酸-盐酸，密闭后进行微波消解，并加入硫脲-抗坏血酸以掩蔽铁、硒、砷等杂质离子的干扰，采用HG-AFS测定汞浓度，方法的检出限为5.1 ng/L，平均回收率为98.4%～100.1%。吕晓华等[16]用盐酸-硝酸体系加热溶解铜精矿，用HG-AFS测定铜精矿中汞的含量，检出限为10.8 ng/L，回收率为92.0%～111.7%。分离富集前处理方法也较常见，如周慧等[17]将合成的双硫腙改性氧化石墨烯/壳聚糖复合微球制成固相萃取小柱用作分离富集处理，建立了固相萃取在线富集-原子荧光光谱法测定地质样品中痕量汞的分析方法，该方法检出限为1.9 ng/L。

1.5 碲含量测定

碲的内表面活性较高，晶界偏聚度大，大量的碲可能对金属材料的机械性能产生危害，导致晶间脆化，降低材料的持久强度和塑性；但少量的碲却可提高材料的耐磨性、耐蚀性和强度，如在钢和铜合金中加入少量碲能改善其切削加工性能并增加硬度；在白口铸铁中碲被用作碳化物稳定剂，使表面坚固耐磨。

HG-AFS测试碲的一般前处理方法也有很多，如硝酸-氢氟酸-高氯酸、王水等强酸加热溶解，超声提取和分离富集处理等：郭爽[18]用硝酸-氢氟酸-高氯酸分解岩石样品，在6 mol/L 盐酸介质中,以铁盐为减缓剂，直接在原子荧光光度计上测定碲。该方法过程简单快捷,适合于批量样品的检测，方法检出限为碲3.4 ng/g，精密度(RSD%)为0～10.1%。薛超群等[19]以盐酸为提取剂，50℃超声提取测得Te（Ⅳ）的含量，再以TiCl3还原Te（Ⅵ），差减法可得出测定土壤样品中Te（Ⅵ）含量，方法检出限可达到0.235 μg/L，回收率为98.0%～110%。周婧容等[20]发展了一种硅胶负载纳米二氧化钛在线预富集矿石样品中的微量硒和碲并用HG-AFS 检测的分析方法，该法过程简单、抗干扰能力强且灵敏度较传统的氢化物发生法提高了13 倍，硒和碲被选择性吸附在微柱上，并可使用2%NaOH 洗脱，碲的检出限达到3.6 ng/L。

1.6 硒含量测定

硒是地壳中含量极微的稀有元素，寻找和利用硒资源已是世界发展硒工业的关键。在冶金工业中，少量的硒能提高某些合金的硬度、强度和耐蚀性，但钢铁中存在过量的硒将大大影响其冶金特性，国内外的一些优质高温合金均要求硒的质量分数小于0.000 3%。

测定硒的前处理方法文献报道有很多，如强酸消解、焙烧分离和石墨消解仪消解。唐耀等[21]通过采用氢氟酸-硝酸-高氯酸分解样品，用硼氢化钾作为还原剂进行硒的HG-AFS 测定，方法检出限为7 ng/g。董亚妮等[22]采用艾斯卡试剂(碳酸钠和氧化锌)半熔法分解，沸水提取，使硒与主量金属元素铜、铅、锌及其他过渡金属和贵金属元素得到分离，采用焙烧分离-HG-AFS测定铜矿石、铅矿石和锌矿石中的硒，方法检出限为20.3 ng/g，测定范围为0.15～100 μg/g。马凤英等[23]分别采用硝酸-高氯酸法和碳酸钠-氧化锌半熔法两种前处理方法测定了地质样品中硒含量，结果表明：强酸消解操作流程短，准确度较高，但灵敏度较低；半熔法灵敏度较高，但是操作流程长，且在测定含硫量较高的样品时准确度低。张维宇等[24]研究了程序控温石墨消解系统消解样品，HG-AFS测定土壤中硒的方法，检出限为0.15 μg/L，具有消解时间短、过程自动化、精密度高、准确性好等优点。

1.7 锡含量测定

锡是地壳中分布较多的元素，易与氧化合生成锡石，在较高温度的还原性环境中，还可以与铅、铜等元素形成金属硫化物。锡在铅锌矿石中是最常见的伴生有益元素，但锡对金属材料的高温机械性能有很大的影响，如锡在钢中可形成部分固溶体，导致冲击值降低，引起钢的脆性不足。

锡的氢化物沉淀的pH值范围相对于铜、铅、锌等的氢化物沉淀的pH值范围较低，这样只要控制pH的范围就可以将锡与其他金属分离。杨旭东[25]用过氧化钠熔样，热水提取，盐酸酸化，并利用酒石酸介质中HG-AFS对矿物中的痕量锡含量进行测定，这种方法能够提高测定结果的准确性和灵敏度，更加适合对矿物中痕量锡的测定。容红宾[26]利用锡与碘化铵生成四碘化锡挥发可与大部分无机元素分离的特性，采用HG-AFS测定铅锌矿石中的锡，方法相对标准偏差小于5%，回收率在96.0%～105.6%之间。而对于酸溶法文献报道相对较少，且稳定性稍差。孙立霖等[27]研究发现，相对于盐酸或硝酸与高氯酸混合以及王水单独溶矿，王水与高氯酸混合酸消解样品具有较高的准确度，且消解样品温度影响到锡是否被完全分解，温度过高或者过低，都不利于结果的准确度。朱明娟[28]分别采用碱熔法与酸溶法测定土壤样品中锡的含量，结果表明，酸溶不稳定，测定结果偏低，而碱熔的方法稳定性相对较好。

1.8 其他含量测定

修凤凤等[29]采用硝酸-氢氟酸-硫酸混合酸消解化探样品，并用磷酸提取，建立了用HG-AFS 测定地球化学样品中微量锗的方法，方法检出限为33 ng/g，测定范围为0.10～60 μg/g。付冉冉等[30]采用混酸溶解铁矿，加入掩蔽剂消除测试时某些元素的干扰，并用增感剂增加生成铅烷的几率，用原子荧光光谱仪测定铁矿石中铅的含量，方法检出限为0.94 μg/L，回收率为95.5%以上。吴斌[31]利用蒸汽溶样箱溶解样品，建立了泡塑富集-火焰原子荧光光度法测定化探样品中痕量金的方法，该法对金的检出限为10.2 ng/g，相对标准偏差为0.49%～2.23%。白慧云等[32]采用硝酸-盐酸(3+1)溶液、氢氟酸和高氯酸消化处理土壤样品，并在酸性条件下，以硼氢化钾为还原剂，用HG-AFS 测定样品溶液中痕量锌的含量，该方法检出限为0.55 μg/L，加标回收率在87.5%～102%之间。

1.9 多元素同时测定

近年来，地质化探样品要求检测的痕量元素种类越来越多，为了实现多种元素同时、准确、快速的测定，科学工作者做了大量的工作。由于原子荧光是向各个方向辐射的，故可据此开发多通道技术，目前已成功地制造出多通道原子荧光光谱仪，可以同时测定4 种甚至6种元素。连续测定的方法由于其操作快速、高效，值得大力推广应用；同时采用高强度连续光源及快速扫描仪可以很大程度提高多元素分析的效率，从而进一步节约人工成本。近几年利用HG-AFS 同时测定中多种元素的应用见表1。

2 结论与展望

由于HG-AFS 具有准确、快速的技术优势，在化探领域得到了广泛的应用，受到越来越多研究者的关注。但由于化探样品的复杂性，各种痕量元素可能以不同的形态存在，现阶段对化探样品中不同种类、不同价态痕量元素的提取方法目前还存在着很大的差异；同时国内对HG-AFS 与其他分析仪器联用技术的研究还不够深入。随着科学技术的发展，针对化探样品痕量元素分析测试的要求也愈发严苛，作者认为HG-AFS分析技术今后的发展应从以下四个方面考虑：

（1）对于构成复杂的样品，需进一步探讨共存元素的干扰机理、消除方法和分离富集手段等，防止过高浓度的金属离子被还原堵塞管道，以扩大HG-AFS分析的应用领域。

（2）研究氢化物发生体系，深入探索可测元素的预还原条件、酸度条件等，并根据实际化探样品的特征和元素检测的要求，结合多种元素的共同点和差异点，实现更多痕量元素的同时分析。

（3）有效结合不同的消解提取方法，或与其他分析仪器联用，实现化探样品中不同价态痕量元素形态分析的测定和超痕量元素的分析。例如，与高效液相色谱仪(HPLC)联用，实现对有机物质的分析测试等；开发流动注射在线分离富集技术与HG-AFS联用的专业仪器，以满足超痕量元素的分析。

（4）提高仪器的自动化程度，开发微型化、在线化、便携式的专用测试仪器，以满足现场实时、快速监测或特殊环境下的无人化自动监测。

表1 HG-AFS同时测定中多种元素表