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(duì)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(duì)土壤環(huán)境監(jiān)測中，使用原子吸收光譜法之前需要對(duì)土壤采取的處理方式進(jìn)行介紹，最后對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(jí)），整體靈敏度約為10-12~10-14量級(jí)。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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)土壤樣本進(jìn)行加熱驅(qū)酸，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤樣本的前期預(yù)處理，之后使用原子吸收光譜法對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)重金屬在土壤中的危害，研究人員需要對(duì)重金屬含量進(jìn)行測評(píng)。例如：在針對(duì)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(píng)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(duì)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(duì)土壤中重金屬污染物的含量進(jìn)行了解，并對(duì)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?，?jīng)過相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业纳髦卦u(píng)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(duì)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(duì)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(duì)原子吸收光譜法的研究和使用力度，對(duì)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