土壤環(huán)境監(jiān)測原子吸收光譜法應(yīng)用分析

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摘要：對原子吸收光譜法的理論進(jìn)行闡述，并在此基礎(chǔ)上，論述了目前較為常見的原子吸收光譜法類型，在對土壤環(huán)境監(jiān)測中，使用原子吸收光譜法之前需要對土壤采取的處理方式進(jìn)行介紹，最后對原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的具體應(yīng)用路徑進(jìn)行了概述。

關(guān)鍵詞：土壤監(jiān)測；原子吸收光譜法；理論分析；種類；應(yīng)用路徑

在土壤監(jiān)測活動(dòng)中，重金屬含量是其中一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，土壤中若含有超量的重金屬元素，將會(huì)對周邊植被以及附近生活居民的身體健康造成巨大的威脅，所以針對土壤的重金屬檢測是土壤環(huán)境監(jiān)測中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。在日常實(shí)踐的過程中，原子吸收光譜法針對土壤中重金屬含量的檢測往往可以起到比較好的效果，因此，了解原子吸收光譜法的應(yīng)用理論，認(rèn)識土壤環(huán)境監(jiān)測中常用的原子吸收光譜法種類，了解土壤環(huán)境監(jiān)測中針對原子吸收光譜法的具體使用方法，是從事土壤監(jiān)測工作人員必須要思考的重要課題。

1原子吸收光譜法的理論綜述

原子吸收光譜法，其本質(zhì)是一種儀器分析技術(shù)，它的核心工作理論為：在輻射光通過原子蒸汽時(shí)，原子便會(huì)在輻射中吸取熱量，在吸收熱量超過某一臨界值之后，原子就會(huì)從基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，由此產(chǎn)生原子吸收光譜；所以原子吸收光譜體現(xiàn)了待測物質(zhì)對輻射能量的吸收情況，相關(guān)人員便可以由此運(yùn)算出待測元素的具體含量。從實(shí)踐效果的角度進(jìn)行分析，原子吸收光譜法具有較高的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，是土壤環(huán)境監(jiān)測中，針對重金屬含量監(jiān)測的一種重要技術(shù)。

2常用的原子吸收光譜法種類

2.1氫化物發(fā)生法

針對土壤中容易產(chǎn)生陰離子的重金屬元素，如Se、Sn、Sb、As、Pb、Hg、Ge、Bi等元素，使用氫化物發(fā)生法往往可以取得比較好的效果。在實(shí)踐過程中，上述元素通常不適用火焰原子化法開展檢測，而是先使用硼氫化鈉進(jìn)行預(yù)處理，因?yàn)樵撐镔|(zhì)具有較強(qiáng)的還原性，能夠把上述元素還原為陰離子，和硼氫化鈉中的陰離子形成氫離子結(jié)合氣態(tài)氫化物。例如：在土壤環(huán)境監(jiān)測工作中，使用流動(dòng)注射氫氧化物來吸收監(jiān)測河流中所蘊(yùn)含的沉積物與砷，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，監(jiān)測中的砷限為2ng/L，精密度為1.35%~5.07%，準(zhǔn)確度為93.5%~106%，監(jiān)測出汞含量為2ng/L，精密度為0.96%~5.52%，準(zhǔn)確度為93.1%~109.5%。綜上，氫化物發(fā)生法不但快速、高效、方便，同時(shí)準(zhǔn)確度與精密度非常優(yōu)秀，可以有效地測量和分析土壤環(huán)境中對應(yīng)重金屬元素的具體含量。

2.2石墨爐原子吸收光譜法

該方法為一種通過使用電流加熱原子化的分析技術(shù)方法。在實(shí)踐中，水平方向?qū)κ珷t進(jìn)行加熱有效處理了溫度分布不一致的現(xiàn)象，石墨爐原子化的產(chǎn)生非常關(guān)鍵，針對火焰原子化有著比較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢，和火焰原子化技術(shù)進(jìn)行比較分析，靈敏度有了十分明顯的提升（約提升3~4個(gè)數(shù)量級），整體靈敏度約為10-12~10-14量級。值得注意的是，雖然技術(shù)優(yōu)勢性比較明顯，但是石墨爐原子吸收光譜法仍然存在有一定的技術(shù)制約性，如該技術(shù)的重現(xiàn)性不如火焰法，在待測土壤樣本中重金屬成分比較復(fù)雜時(shí)，可能存在較大的誤差。

2.3火焰原子吸收光譜法

在土壤環(huán)境監(jiān)測工作中，火焰原子吸收光譜法是目前最為常見的技術(shù)方法之一，該方法的最大優(yōu)勢是對大部分重金屬元素都適用，并且具有檢測速度快、檢測成本低廉、操作方便、結(jié)果誤差小等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，大部分使用空氣-乙炔火焰，溫度約2300℃，并不能完全融化所有金屬元素，因此在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中把空氣改良為預(yù)先混合氧氣，提升氧氣的濃度讓火焰溫度進(jìn)一步提升，之后又進(jìn)一步改良，將火焰改造成氧化亞氮-乙炔，此類火焰最高溫度可以突破3000℃，可以有效處理絕大部分原本不易融化的土壤金屬元素的檢測問題。

3待測土壤樣本的預(yù)處理方法

3.1懸浮液技術(shù)

此技術(shù)的本質(zhì)是把待測土壤樣本搗碎、研磨處理后，將其制成懸浮液，并送入到原子化設(shè)備當(dāng)中。在土壤環(huán)境監(jiān)測作業(yè)中，懸浮液技術(shù)非常常見，其優(yōu)點(diǎn)為操作簡單。如在使用懸浮液技術(shù)對土壤中的銅元素含量進(jìn)行測量時(shí)，可以首先使用適量的土壤進(jìn)行過篩烘干處理，之后把0.1g樣品放置于10mL的容量瓶當(dāng)中，并添加適量的濃硝酸溶液和瓊脂溶液，再使用震蕩機(jī)震蕩180s，之后正式進(jìn)行檢測作業(yè)。值得注意的是，對懸浮液技術(shù)質(zhì)量產(chǎn)生影響的主要因素涉及有懸浮液的酸性、懸浮液的整體濃度、待測土壤的顆粒度等，因此，通過調(diào)查我國所制定的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可知，懸浮液中，使用硝酸濃度應(yīng)為0.2ml/L，瓊脂溶液濃度為1.5g/L，待測土壤顆粒直徑76~80μm，滿足以上3個(gè)指標(biāo)要求后所得出的數(shù)據(jù)精度往往是比較精確的，因此在使用懸浮液技術(shù)時(shí)，必須要確認(rèn)以上三種指標(biāo)是否滿足實(shí)驗(yàn)精度要求，只有這樣，才能有效保障實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.2微波消解技術(shù)

微波消解技術(shù)是使用化學(xué)技術(shù)來對待測土壤樣本進(jìn)行預(yù)處理的技術(shù)。同傳統(tǒng)外部加熱的方式存在不同，微波消解技術(shù)是從土壤樣本內(nèi)部開始進(jìn)行加熱處理的。通過使用微波消解技術(shù)，能夠在很短的時(shí)間內(nèi)讓待測土壤樣本內(nèi)部上升到較高的溫度，有效降低了土壤樣本進(jìn)行預(yù)處理的時(shí)間，顯著提升了實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的效率。另外，因?yàn)樵谖⒉ㄏ夥夹g(shù)背景下，土壤溶解樣本是在封閉環(huán)境下開展的，因此土壤樣本在被加熱的過程中，樣本自身損失將會(huì)大幅降低，由此提升了實(shí)驗(yàn)過程中的精確性。例如：在針對某一土壤樣本進(jìn)行檢測的過程中，先使用微波消解技術(shù)，之后再使用電熱板對土壤樣本進(jìn)行加熱驅(qū)酸，實(shí)現(xiàn)對土壤樣本的前期預(yù)處理，之后使用原子吸收光譜法對土壤中所含有的鉛離子等進(jìn)行檢測，在多次進(jìn)平行實(shí)驗(yàn)后可以了解到，其與標(biāo)準(zhǔn)差＜4.7%，加標(biāo)加收率控制在94.1%~98.6%與96%~102.2%，微波消解法和傳統(tǒng)技術(shù)方法進(jìn)行對比，有著更加優(yōu)秀的精密性和回收率。

3.3超聲波輔助技術(shù)

超聲波輔助技術(shù)的原理是，通過超聲波所攜帶的能量，讓土壤樣本中的內(nèi)部空氣逸出，在空氣逸出的過程中會(huì)釋放一定的熱電荷，另外土壤的塌縮也會(huì)產(chǎn)生一定的熱點(diǎn)，導(dǎo)致土壤內(nèi)部問題提升。超聲波輔助技術(shù)的使用環(huán)境限制很小，并且此項(xiàng)技術(shù)不會(huì)造成污染、成本低廉，處理時(shí)間較短。例如對土壤樣本進(jìn)行檢測時(shí)，分別使用懸浮液直接進(jìn)樣檢測和超聲波處理土樣懸浮液的進(jìn)樣速率是7mL/min，在測試的過程中不會(huì)產(chǎn)生毛細(xì)管堵塞的問題。另外一種處理技術(shù)是進(jìn)樣速率為3mL/min，在測試環(huán)節(jié)中存在毛細(xì)管堵塞的情況，并且對其他4組樣品開展平行檢測，測試結(jié)果為1.9%＞RSD，加標(biāo)回收率為94.5%~107%。盡管超聲波輔助技術(shù)在土壤環(huán)境監(jiān)測活動(dòng)中展現(xiàn)出了諸多優(yōu)勢，但是在許多環(huán)節(jié)層面仍然存在一定的欠缺，因此在針對土壤樣本進(jìn)行處理的過程中，不應(yīng)單純固定使用某一技術(shù)方式，而是需要多種技術(shù)方式搭配使用，才能夠讓效果最大化。

4土壤環(huán)境監(jiān)測中原子吸收光譜法的具體使用路徑

4.1針對土壤中重金屬元素形態(tài)進(jìn)行分析

實(shí)際上，在土壤當(dāng)中，重金屬元素可能以不同的形態(tài)出現(xiàn)。重金屬存在于土壤之中，大體可以劃分成穩(wěn)定性良好的形態(tài)與穩(wěn)定性較差的形態(tài)。通常重金屬污染都是因?yàn)榉€(wěn)定性較差的形態(tài)所導(dǎo)致的。所以深入了解并分析重金屬元素形態(tài)對土壤重金屬污染監(jiān)測的質(zhì)量將會(huì)產(chǎn)生比較巨大的影響。為了充分認(rèn)識重金屬在土壤中的危害，研究人員需要對重金屬含量進(jìn)行測評。例如：在針對某一地區(qū)進(jìn)行土壤質(zhì)量檢測的過程中，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)土壤中存在有大量的重金屬元素超標(biāo)，涉及有As、Cd、Gn、Cu等重金屬元素，而在這些重金屬元素當(dāng)中，As主要以殘?jiān)男螒B(tài)出現(xiàn)，Gn和Fe—Mn以氧化物結(jié)合為主要形態(tài)出現(xiàn)，所以根據(jù)這一檢測結(jié)果，環(huán)保部門工作人員便可以根據(jù)所在地區(qū)的土壤監(jiān)測實(shí)際結(jié)果，采取有效的土壤修復(fù)和治理策略。

4.2土壤金屬污染評價(jià)中使用原子吸收光譜法

土壤是農(nóng)業(yè)、工業(yè)等諸多行業(yè)中進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的核心物質(zhì)基礎(chǔ)，并且還是工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所必需的，但是伴隨著中國城市化建設(shè)的不斷深入以及各行業(yè)的科技含量的日益提升，國內(nèi)有許多地區(qū)的土壤都出現(xiàn)了一定程度的污染和破壞，其中工業(yè)廢水廢料排放、重金屬農(nóng)藥使用、磷肥超標(biāo)使用都是造成土壤污染的重要原因。所以，面對日益嚴(yán)峻的環(huán)境問題，環(huán)保部門有必要通過原子吸收光譜法，來對土壤中重金屬污染物的含量進(jìn)行了解，并對土壤的功能進(jìn)行重新規(guī)劃，讓各種類型土壤仍然能夠起到應(yīng)有的作用，并控制土壤污染被進(jìn)一步惡化。例如：某地區(qū)土壤因?yàn)楦母镩_放初期沒有得到有效的限制，因此造成了比較嚴(yán)重的污染，土壤中Hg含量嚴(yán)重超標(biāo)，為了能夠恢復(fù)當(dāng)?shù)氐耐寥拦δ埽?jīng)過相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业纳髦卦u估，認(rèn)為當(dāng)?shù)刂亟饘俸咳匀惶幵诳煽胤秶鷥?nèi)，并且滿足國家所規(guī)定的某些重要的種植土壤要求，因此，從2015年開始，當(dāng)?shù)乇汩_始在被污染土地種植重要作物，經(jīng)過五年之后，當(dāng)?shù)赝寥赖闹亟饘俸康玫搅擞行Э刂?，土壤環(huán)境也得到了有效改善。

5結(jié)束語

整體來講，在土壤環(huán)境監(jiān)測工作中，針對重金屬的檢測一直是一項(xiàng)重要工作，而原子吸收光譜法，便是針對重金屬檢測最為有效，同時(shí)也是最為常見的技術(shù)方法，它不僅能夠高效、便捷地檢測土壤中的各類常見重金屬物質(zhì)，同時(shí)也能夠幫助相關(guān)工作人員制定有效的土壤環(huán)境治理方案，因此，加大對原子吸收光譜法的研究和使用力度，對于改善我國生態(tài)環(huán)境，有著十分重要的意義。

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作者：趙薇 單位：山東省棗莊生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心