白玉澤

(山西省陽泉市城區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，山西 陽泉 045000)

專題討論

原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

白玉澤

(山西省陽泉市城區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，山西 陽泉 045000)

土壤環(huán)境的監(jiān)測(cè)是保護(hù)土壤環(huán)境的關(guān)鍵步驟，原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用中占有舉足輕重的地位。對(duì)原子吸收光譜法的技術(shù)和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，闡述了原子吸收光譜法在土壤環(huán)境檢測(cè)中的具體應(yīng)用。

原子吸收光譜法；土壤環(huán)境檢測(cè)；應(yīng)用

引 言

1 原子吸收光譜技術(shù)

1.1 火焰法

在土壤金屬檢測(cè)技術(shù)中，火焰原子吸收光譜法是一種較為成熟的檢測(cè)技術(shù)，應(yīng)用的范圍較為廣泛。在實(shí)際應(yīng)用中，火焰原子吸收光譜法比較容易控制，能夠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，使用的設(shè)備成本較低，操作簡(jiǎn)單，容易使用，且不會(huì)產(chǎn)生較大的干擾。雖然火焰法有這么多優(yōu)勢(shì)，但也存在一定的缺點(diǎn)。即，對(duì)于耐高溫V、B以及Ta等元素，火焰法不能將其徹底離解。特別是在含有堿土金屬的樣品中，金屬元素?zé)o法被分解，而共振線在遠(yuǎn)紫外區(qū)的元素也不能利用火焰法來測(cè)定。

1.2 石墨爐法

石墨爐法與火焰法有很大的區(qū)別。在相對(duì)檢測(cè)限和濃度檢測(cè)限中，石墨爐法要比火焰法原子吸收的數(shù)量級(jí)少1個(gè)～2個(gè)；對(duì)于絕對(duì)檢測(cè)限來說，要少3個(gè)數(shù)量級(jí)。相對(duì)于火焰法而言，石墨爐法檢測(cè)的速度要慢一些，且只適合測(cè)量單個(gè)元素。這種方法不能進(jìn)行大范圍的分析，正常情況下是在2個(gè)數(shù)量級(jí)以下。所以，當(dāng)火焰原子吸收的檢測(cè)限與要求不適應(yīng)的時(shí)候，可以使用石墨爐法進(jìn)行檢測(cè)。

1.3 氫化物法

對(duì)于多種元素的分析，氫化物法的應(yīng)用比較成熟。氫化物法在檢測(cè)中比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，具有較高的靈敏度。As、Bi、Se等元素因?yàn)榫哂休^低的靈敏度，不能利用火焰法進(jìn)行檢測(cè)，這種情況下就可以采用氫化物方法來進(jìn)行元素的測(cè)定。

2 原子吸收光譜法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[4]

2.1 具有很高的靈敏度

當(dāng)前，原子吸收光譜法應(yīng)用較為成熟，它是金屬含量檢測(cè)方法中靈敏度最高的一種。通常情況下，大部分元素都可以達(dá)到ppm數(shù)量級(jí)濃度范圍。如果使用一些特殊的方法，原子吸收光譜法可以對(duì)ppb數(shù)量級(jí)濃度范圍進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)定。由此可以看出，原子吸收光譜分析法具有很高的靈敏度，可有效地縮短元素測(cè)定分析的周期，大大加快了測(cè)量的速度。

1.2.3 觀察組干預(yù)措施 在接受基礎(chǔ)干預(yù)措施的同時(shí)，觀察組孕婦接受系統(tǒng)性、個(gè)體化的孕期營養(yǎng)保健指導(dǎo)，具體措施包括：①成立孕期保健指導(dǎo)小組，成員由2位產(chǎn)科醫(yī)生、1位營養(yǎng)師及12位產(chǎn)科護(hù)理人員組成，均接受了規(guī)范培訓(xùn)。

2.2 抗干擾性強(qiáng)

原子吸收光譜法的原子吸收寬帶較窄，在實(shí)際應(yīng)用中具有較快的測(cè)定速度，因操作簡(jiǎn)單而能夠進(jìn)行自動(dòng)化操作。在對(duì)發(fā)射光譜進(jìn)行分析時(shí)，如果共存元素輻射線不能與待測(cè)元素輻射線進(jìn)行分離，就會(huì)使強(qiáng)度發(fā)生改變。利用原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)定和分析時(shí)，由于譜線只受到主線系的影響而發(fā)生轉(zhuǎn)變，在譜線相對(duì)較窄的情況下，兩者不會(huì)發(fā)生重疊的現(xiàn)象，使得測(cè)量中不容易受到干擾。

2.3 分析范圍較廣

原子吸收光譜法在測(cè)定元素方面具有多種檢測(cè)方法和手段，既可以檢測(cè)低含量的元素，也可以對(duì)微量、痕量與超痕量的元素進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)元素屬性的不同，既可以檢測(cè)金屬元素、類元素，也可以對(duì)一些非金屬元素和有機(jī)物進(jìn)行間接檢測(cè)。

3 土壤樣品的前處理方法[5]

3.1 超聲波輔助技術(shù)

超聲波輔助技術(shù)的主要原理是，在液體介質(zhì)中存在很多細(xì)粉狀固體，當(dāng)超聲波遇到這些細(xì)粉狀固體時(shí)會(huì)產(chǎn)生空化效應(yīng)，從而將其中的元素進(jìn)行提取、溶解和消化。在固-液界面塌陷時(shí)，空化氣泡釋放出大量的能量，導(dǎo)致沖擊波和局部產(chǎn)生較高的溫度和壓力，加快了樣品消解的速度。超聲波輔助消化具有很多優(yōu)勢(shì)，它的外界條件較為溫和，對(duì)環(huán)境的污染較小，消耗的試劑相對(duì)較少，消化時(shí)需要的時(shí)間也很短。在常規(guī)的方法作用下，大概需要幾十分鐘或者幾小時(shí)的時(shí)間進(jìn)行萃取。在超聲波的輔助下，利用幾分鐘的時(shí)間就可以完成，既加快了萃取的速度，也較為方便。利用超聲波處理土壤懸浮液和懸浮液直接進(jìn)樣測(cè)定時(shí)，會(huì)產(chǎn)生2種不同的效果。實(shí)驗(yàn)表明，利用超聲波進(jìn)行處理時(shí)，處理進(jìn)樣速度為7 mL/min，在過程中會(huì)有毛細(xì)管堵塞的現(xiàn)象。而沒有使用超聲波懸浮液處理時(shí)，速度為3 mL/min，進(jìn)樣過程中的毛細(xì)管堵塞的次數(shù)要比用超聲波多很多。

3.2 微波消解法

微波溶樣技術(shù)是近些年才發(fā)展起來的較為新型的技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用于原子吸收分析樣品前的處理中。微波消解技術(shù)是一種較為快速的溶樣技術(shù)，是通過內(nèi)加熱來完成加熱方式的，與傳統(tǒng)的傳導(dǎo)加熱方式有很大區(qū)別。樣品與酸混合物在吸收微波后能夠產(chǎn)生即時(shí)深層加熱，并且利用最短的時(shí)間達(dá)到較高的溫度，同時(shí)將樣品進(jìn)行快速分解，使溶解樣品的時(shí)間大大縮短。另外，微波消解是在封閉容器里進(jìn)行的，可防止分析樣品時(shí)造成目的物發(fā)生損失的現(xiàn)象，使測(cè)定的結(jié)果更加準(zhǔn)確。所以，微波溶樣技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)就是溶樣需要的時(shí)間較短、消耗能量低、對(duì)環(huán)境污染少，對(duì)于易揮發(fā)的元素更加適用。

3.3 懸浮液技術(shù)

懸浮液技術(shù)是一種應(yīng)用較為廣泛、處理較為方便的土壤樣品前處理技術(shù)，它是直接固體進(jìn)樣的技術(shù)。先將待測(cè)樣品搗碎，磨細(xì)后放入溶液中并懸浮在上面，然后將原子化裝置直接放入其中。在實(shí)際應(yīng)用中，先將定量的實(shí)驗(yàn)土壤樣品烘干、過篩，稱取0.1 g的固體放入到10 mL的容器中；再將適量的瓊脂溶液和濃硝酸加入其中，利用瓊脂溶液定容；然后振動(dòng)3 min，進(jìn)行直接測(cè)定。與傳統(tǒng)的處理方法相比，懸浮液技術(shù)的檢測(cè)速度相對(duì)較快，而且更加方便。

4 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[6]

4.1 在重金屬元素形態(tài)分析中的應(yīng)用

元素形態(tài)是指元素具體的存在形式，土壤和沉積物等都含有元素。而重金屬可以碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、交換態(tài)和鐵錳氧化物等形態(tài)存在。碳酸鹽結(jié)合態(tài)和交換態(tài)等有較弱的穩(wěn)定性，這些形態(tài)的存在會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的重金屬污染。所以，元素形態(tài)分析要比元素總量檢測(cè)的過程復(fù)雜很多，元素形態(tài)分析對(duì)分析手段和分離水平、靈敏度等都具有較高的要求。為了更加詳細(xì)地了解土壤和植物系統(tǒng)中重金屬的形態(tài)和危害性，對(duì)內(nèi)蒙古某地區(qū)公路沿線的土壤進(jìn)行多個(gè)地方取樣，并對(duì)其中的Zn、Pb、Ni等重金屬元素的化學(xué)形態(tài)和含量進(jìn)行了檢測(cè)。從檢測(cè)的結(jié)果來看，此次取得土壤樣本中重金屬的有效態(tài)占據(jù)較大的比例，而其中Zn元素有效態(tài)含量較高，殘?jiān)鼞B(tài)的占比較低。因此，該地區(qū)必須重視Zn元素重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境污染的影響。另外，還對(duì)惠溪河濱岸的12個(gè)地方的土壤樣品進(jìn)行了重金屬形態(tài)分析。實(shí)驗(yàn)表明，惠溪河濱岸的土壤受到了嚴(yán)重的重金屬污染。其中，As、Cd、Zn、Cu重金屬含量較高，已經(jīng)達(dá)到重污染程度。而As大多是以殘?jiān)鼞B(tài)存在，Zn主要是以殘?jiān)虵e-Mn氧化物的結(jié)合態(tài)存在，Cu是以殘?jiān)鼞B(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)存在。As和Cd是此地區(qū)最先治理的重金屬污染對(duì)象。

4.2 在土壤重金屬污染評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

土壤是人類賴以生存的重要資源，是生產(chǎn)生活不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更占據(jù)著不可替代的地位。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及城市建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)我國的土壤都產(chǎn)生了嚴(yán)重的污染。特別是工業(yè)廢氣、廢渣和廢液中，重金屬的占比相當(dāng)大，他們通過不同的方式進(jìn)入到土壤中，一部分還灌溉到農(nóng)業(yè)土地中，造成嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)污染。在大興安嶺的古利庫砂金礦土壤研究中，土壤中含有大量的As、Hg等重金屬元素，含量值已經(jīng)超過了國家標(biāo)準(zhǔn)水平。與天然林木土壤相比，此地區(qū)的As、Cr等重金屬元素的含量也在不斷增長。所以，在該地區(qū)進(jìn)行土壤治理時(shí)，需要將土壤水分和養(yǎng)分的限制問題納入重點(diǎn)考慮的因素當(dāng)中。

5 結(jié)束語

在生態(tài)建設(shè)保護(hù)理念指導(dǎo)下，土壤重金屬污染已經(jīng)被納入到重點(diǎn)治理方案中。原子吸收光譜法作為一種成熟的檢測(cè)技術(shù)，被廣泛地應(yīng)用到土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中。工業(yè)和農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，加重了土壤的重金屬污染程度，原子吸收光譜法是檢驗(yàn)土壤重金屬含量科學(xué)而有效的方法，它可以根據(jù)需要測(cè)量金屬的種類和濃度的不同，利用石墨爐、火焰和氫元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，結(jié)合預(yù)處理技術(shù)來進(jìn)行樣品金屬含量的測(cè)定，具有很高的效率和準(zhǔn)確率。隨著科技的發(fā)展，原子吸收光譜技術(shù)也得到不斷提高和完善，從而為減少土壤樣品測(cè)量誤差、擴(kuò)大和提高土壤監(jiān)測(cè)的范圍和效率以及土壤環(huán)境的保護(hù)提供了更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)，有力地促進(jìn)了土壤的可持續(xù)發(fā)展。

[1] 史久英，李曉蓉，胡梅.隴南市中藥材基地土壤重金屬含量及評(píng)價(jià)[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技,2014(10):29-32.

[2] 賈月存，于愛琛.微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定土壤中鎘[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2014(1)：121.

[3] 昝樹婷.原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2014(36)：13174-13176.

[4] 劉靜西.淺談原子吸收光譜分析技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用[J].大科技:科技天地,2011(20):68.

[5] 張藝銘.原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息,2015(28):143-144.

[6] 張奇磊.石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定土壤中痕量鉍[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊,2014(1)：94-95.

Application of atomic absorption spectrometry in soil environmental monitoring

BAI Yuze

(Yangquan Urban Environmental Protection Monitoring Station, Yangquan Shanxi 045000, China)

The monitoring of soil environment is a key step to protect the soil environment. And atomic absorption spectrometry plays an important role in the application of soil environmental monitoring. This paper analyzes the advantages and disadvantages of atomic absorption spectrometry, and expounds the specific application of atomic absorption spectrometry in soil environment detection.

atomic absorption spectrometry; soil environmental monitoring; application

2016-11-23

白玉澤，男，1976年出生，2001年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，本科，工程師，從事環(huán)境監(jiān)測(cè)工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.01.19

O657.31；X833

A

1004-7050(2017)01-0062-03