靳瑋

(河北省水文工程地質(zhì)勘查院(河北省遙感中心)，河北 石家莊 050000)

1 原子吸收法概念與特點(diǎn)

1.1 原子吸收法概念闡述

原子吸收法，又稱(chēng)原子吸收分光光度法，其檢測(cè)原理是利用被檢測(cè)元素基態(tài)原子蒸氣對(duì)共振輻射線吸收特性進(jìn)行元素的定量分析，從而確定元素含量。通過(guò)自動(dòng)進(jìn)樣系統(tǒng)、原子化器、光源、單色器等組建成原子吸收分光光度計(jì)，按照檢測(cè)規(guī)定選用具體的檢測(cè)手段，如：火焰原子技術(shù)、石墨爐原子技術(shù)、氫化物發(fā)生原子技術(shù)及冷蒸氣發(fā)生原子技術(shù)。

1.2 原子吸收法特點(diǎn)分析

原子吸收法在土壤檢測(cè)中的應(yīng)用具有顯著的優(yōu)勢(shì)。首先，它具有高靈敏度，相比于其他檢測(cè)手段，能夠在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行精確的檢測(cè)和分析，其操作簡(jiǎn)單，元素檢測(cè)級(jí)別高，且結(jié)果準(zhǔn)確度高。其次，原子吸收法具有較好的選擇性。其寬帶吸收較寬，所需檢測(cè)時(shí)間短，且操作自動(dòng)化。通過(guò)主線轉(zhuǎn)換，可以降低譜線重疊率，從而降低光譜線對(duì)檢測(cè)效果的影響，同時(shí)避免共存元素與需檢測(cè)元素出現(xiàn)輻射線分離問(wèn)題，進(jìn)而提升檢測(cè)有效性[1]。

2 原子吸收法在土壤中重金屬檢測(cè)的應(yīng)用

2.1 對(duì)土壤中重金屬的元素形態(tài)進(jìn)行評(píng)估

重金屬元素形態(tài)指的是該元素在土壤中存在的具體形式，包括碳酸鹽形態(tài)、鐵錳氧化物形態(tài)等，此類(lèi)形態(tài)具有較高的穩(wěn)定性，會(huì)影響土壤環(huán)境，對(duì)生態(tài)造成破壞。通過(guò)技術(shù)手段，采取一定方法有效分離土壤中的不同形態(tài)的重金屬元素，應(yīng)用原子吸收法對(duì)土壤中不同形態(tài)的重金屬元素進(jìn)行測(cè)定，獲得元素含量數(shù)據(jù)，通過(guò)縝密的計(jì)算，了解土壤中不同形態(tài)的重金屬元素的含量，判斷土壤重金屬的污染情況與特點(diǎn)，根據(jù)土壤污染的實(shí)際情況，因地制宜地制定治理方案，選擇科學(xué)的修復(fù)方式，提升土壤污染治理的有效性[2]。

2.2 對(duì)土壤中重金屬的污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)

重金屬元素含量超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬污染問(wèn)題的出現(xiàn)，分析其主要原因包括灌溉農(nóng)田的水中含有重金屬元素、工業(yè)廢渣未經(jīng)處理直接排放到土壤中、以及使用農(nóng)藥中含有大量的重金屬元素等[3]。這些原因會(huì)導(dǎo)致土壤中重金屬的含量逐漸積累，會(huì)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響，甚至對(duì)人類(lèi)健康造成威脅。應(yīng)用原子吸收法技術(shù)，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)量土壤中的重金屬元素含量，可以全面了解土壤的污染情況，并據(jù)此作出正確的評(píng)價(jià)，采用針對(duì)性措施改善污染情況[4]。

2.3 掌握土壤營(yíng)養(yǎng)情況

土壤中重金屬檢測(cè)中應(yīng)用原子吸收法可以對(duì)微量元素含量進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)定，使技術(shù)人員更好地了解土壤的營(yíng)養(yǎng)狀況，并科學(xué)地配置所需肥料，提升土壤的肥力，使土壤更適合農(nóng)作物的生長(zhǎng)，保障農(nóng)作物的質(zhì)量，為農(nóng)作物產(chǎn)量的提升奠定基礎(chǔ)[5]。

3 原子吸收法應(yīng)用策略

3.1 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜法(flame atomic absorption spectrometry)是一種常用的原子吸收光譜分析方法，它以化學(xué)火焰為熱源，將樣品中的化合物元素原子化實(shí)現(xiàn)對(duì)元素的檢測(cè)，該方法具有操作簡(jiǎn)便、成本低、檢測(cè)時(shí)間短等特點(diǎn)，可用于多種元素的檢測(cè)，并廣泛應(yīng)用于土壤重金屬檢測(cè)領(lǐng)域。目前，原子吸收測(cè)定中最常用的火焰是空氣-乙炔火焰。盡管這種方法具有一定的優(yōu)勢(shì)，但由于火焰溫度較低，一些高溫耐受性較好的化學(xué)元素難以實(shí)現(xiàn)原子化。此時(shí)，可以使用氧化亞氮-乙炔火焰，其火焰溫度可達(dá)到3 000 ℃以上，可以有效地排除多種元素的干擾，從而顯著提高原子化率。原子化率是指在原子吸收光譜分析中，待測(cè)元素化合物在原子化器中轉(zhuǎn)化為中性自由原子形式的待測(cè)元素的量與進(jìn)入原子化器中的待測(cè)元素總量的比值。原子化率會(huì)直接影響原子吸收光譜檢測(cè)的可靠性。由此可見(jiàn)，火焰原子吸收光譜法手段雖操作簡(jiǎn)便，但很難完成所有元素的精準(zhǔn)測(cè)定，靈敏度相對(duì)較低。

3.2 氫化物發(fā)生技術(shù)

土壤中的硒、鉍、錫、汞等元素容易形成氫化物，這可能會(huì)對(duì)土壤造成一定的影響。使用火焰原子吸收光譜法可能無(wú)法靈敏地檢測(cè)這些元素，應(yīng)用氫化物發(fā)生技術(shù)可以進(jìn)行檢測(cè)。將硼氫化物融入酸性環(huán)境后，與元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可形成氣態(tài)氫化物，有效分離元素和基體，避免多種因素的干擾，通過(guò)這種方式可以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。因此，可以將氫化物發(fā)生技術(shù)看作是一種將微量或痕量被分析元素通過(guò)化學(xué)方法轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氫化物并與其主成分分離的過(guò)程。在一般情況下，應(yīng)用氫化物發(fā)生技術(shù)需要添加還原劑，旨在將含氧化合物中的氧化部分還原為氫化物。這一過(guò)程中，還原劑的電子傳遞到含氧化合物從而實(shí)現(xiàn)還原。氫化物發(fā)生技術(shù)手段主要應(yīng)用于檢測(cè)土壤中的汞、鉛等重金屬元素。隨著檢測(cè)技術(shù)不斷完善，氫化物發(fā)生技術(shù)的應(yīng)用前景更加廣闊。

3.3 石墨爐原子吸收光譜技術(shù)

在原子吸收光譜法檢測(cè)中，石墨爐原子吸收光譜法是常用的技術(shù)手段之一。其原理是利用石墨材料制成管、杯等形狀的原子化器，通過(guò)電流加熱進(jìn)行原子化，然后進(jìn)行原子吸收。這種技術(shù)手段只需要少量的樣本就可以測(cè)定土壤中元素的含量，并且可以自由調(diào)節(jié)原子化所需的溫度，具有較高的安全性。在石墨爐原子吸收光譜法中，所有的檢測(cè)樣品都會(huì)參與原子化，這可以避免火焰氣體中稀釋原子濃度，從而顯著提高檢測(cè)的靈敏度。盡管應(yīng)用石墨爐原子吸收光譜法對(duì)痕量金屬元素進(jìn)行測(cè)定的性能優(yōu)于其他檢測(cè)方式，但其成本較高，檢測(cè)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，分析范圍有限，且精準(zhǔn)度有待提升。特別是在檢測(cè)成分復(fù)雜的土壤樣品時(shí)，可能會(huì)遇到較多的干擾因素，對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

4 土壤樣品檢測(cè)技術(shù)研究

4.1 微波消解法

微波消解是通過(guò)分子極化和離子導(dǎo)電兩個(gè)效應(yīng)對(duì)土壤樣品進(jìn)行直接加熱，使樣品中的表層快速破裂，產(chǎn)生新的表面，在與溶劑相互作用的情況下，樣品在一定時(shí)間內(nèi)分解。經(jīng)過(guò)微波加熱處理后的樣品，其內(nèi)部溫度迅速上升，溶解速度加快。在密閉環(huán)境中檢測(cè)土壤樣品可以避免元素的損失，減少能源消耗，減輕對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)提高檢測(cè)的精準(zhǔn)度。由于土壤中元素種類(lèi)繁多，不同樣本的基質(zhì)差異較大，技術(shù)人員可以利用微波消解法的檢測(cè)結(jié)果，科學(xué)地分析樣本中的元素，以完成對(duì)土壤的檢測(cè)工作。在應(yīng)用此技術(shù)時(shí)，應(yīng)注意避免使用高氯酸消解樣本，并盡量減少有機(jī)物的殘留。

4.2 干灰化法

干灰化法是一種將土壤樣品在火爐中充分灰化的方法。在灰化之前，應(yīng)該將樣品進(jìn)行碳化處理，即將裝有待檢測(cè)土壤樣品的坩堝放置在電爐中進(jìn)行低溫碳化。為了減少碳化過(guò)程中檢測(cè)物質(zhì)的損失，可以加入少量的固定劑，這種方法通常稱(chēng)為堿性干法灰化或酸性干法灰化。該技術(shù)手段的應(yīng)用需要較高的溫度，物質(zhì)揮發(fā)較快，無(wú)需全程監(jiān)控，可以處理大量的土壤樣品。但是這種技術(shù)也有一定的缺點(diǎn)，例如在檢測(cè)大量樣本時(shí)會(huì)消耗較長(zhǎng)的時(shí)間。如果未按照標(biāo)準(zhǔn)操作，可能會(huì)導(dǎo)致土壤樣本被污染，進(jìn)而影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.3 電熱板濕法消解

土壤中重金屬的檢測(cè)通常使用電熱板濕法技術(shù)手段，該技術(shù)具有稱(chēng)樣量大、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。然而，此方法也存在一些缺點(diǎn)，例如消化時(shí)間較長(zhǎng)，需要添加大量的強(qiáng)酸試劑。這些試劑的純度較高，但會(huì)導(dǎo)致土壤樣本產(chǎn)生許多雜質(zhì)，從而對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。此外，電熱板濕法在應(yīng)用過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生酸性的氣體，從而污染環(huán)境，甚至對(duì)操作人員的身體健康構(gòu)成威脅。同時(shí)，空氣中出現(xiàn)的顆粒物也會(huì)影響土壤檢測(cè)的結(jié)果。

5 原子吸收光譜分析干擾類(lèi)型

原子吸收光譜分析中的干擾可分為物理干擾、化學(xué)干擾、電離干擾、光譜干擾和其他干擾。這些干擾的產(chǎn)生和消除方法如下：

5.1 物理干擾

在土壤樣品的轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)和原子化過(guò)程中，由于元素物理性質(zhì)的變化，可能會(huì)導(dǎo)致吸收強(qiáng)度的下降，此時(shí)可以采用稀釋法或標(biāo)準(zhǔn)加入法來(lái)消除物理干擾。

5.2 化學(xué)干擾

因在液相或氣相中，土壤中被檢測(cè)元素的原子與干擾組分發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)，形成了熱力學(xué)更穩(wěn)定的化合物，從而產(chǎn)生干擾。這種干擾的消除方法包括化學(xué)分離、使用高溫火焰、加入稀釋劑、保護(hù)劑和緩沖劑，以及使用基體改進(jìn)劑等。其中，加入金屬鹽類(lèi)的釋放劑，可以形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，釋放元素；加入緩沖劑可以穩(wěn)定溶液的pH 值，影響吸光度，從而減輕干擾。

5.3 電離干擾

由于土壤中某些易電離的元素在火焰中發(fā)生電離作用從而干擾檢測(cè)結(jié)果，該干擾使參與原子吸收的基態(tài)原子數(shù)減少，吸收信號(hào)降低。特別是堿土金屬，它們?nèi)菀装l(fā)生電離，所產(chǎn)生的離子很難吸收輻射，因此可能導(dǎo)致較大的檢測(cè)結(jié)果誤差。這種干擾因素的消除方法是適當(dāng)?shù)亟档突鹧娴臏囟?，加入易電離的堿金屬元素以弱化電離，從而提升檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

5.4 光譜干擾

光譜干擾指的是與光譜發(fā)射和吸收有關(guān)的干擾，其分為有譜線干擾和背景干擾?？梢酝ㄟ^(guò)降低電流、減小狹縫寬度等方式消除干擾。

5.5 其他干擾

使用空氣-乙炔火焰檢測(cè)方法時(shí)，熟石灰將干擾波長(zhǎng)范圍，影響檢測(cè)結(jié)果。消除該干擾的方法是清除背景之后進(jìn)行矯正檢測(cè)，或應(yīng)用其他方式預(yù)防分子的吸收，可通過(guò)氖燈交替、光路檢測(cè)等方式檢測(cè)差異。

6 原子吸收法在土壤重金屬檢測(cè)中案例分析

技術(shù)人員采用微波消解法和濕法消解法來(lái)制備物質(zhì)消解液，制備過(guò)程需嚴(yán)格遵循土壤檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。采用石墨爐原子吸收法來(lái)檢測(cè)消解液中重金屬元素的含量，并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析。在應(yīng)用濕熱消解法時(shí)，稱(chēng)取0.35 g 土壤樣品，將其放入坩堝中，加入適量的聚四氟乙烯，再加入適量的酸類(lèi)物質(zhì)，如鹽酸，使用電熱板進(jìn)行加熱，在溶液揮發(fā)后，加入適量的氟化氫、硝酸和高氯酸(4 mL、5 mL、2 mL)，蓋上蓋子加熱約1 h。繼續(xù)加熱并打開(kāi)蓋子觀察，當(dāng)物質(zhì)變成稠狀物時(shí)，使用25 mL 硝酸進(jìn)行稀釋。應(yīng)用微波消解法時(shí)，取土壤樣品0.25 g，放置在微波消解罐之中，加入3 mL 氟化氫、4 mL 硝酸、1 mL 過(guò)氧化氫。設(shè)定微波功率1 000 W，溫度逐漸上升200 ℃，加熱30 min 后放入25 mL 硝酸。通過(guò)檢測(cè)，應(yīng)用濕熱消解法檢測(cè)土壤樣品中含有鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)差范圍2.22%～4.14%，鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)差范圍為4.81%～6.74%，應(yīng)用微波消解法檢測(cè)土壤樣品中含有鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)差范圍為2.37%～4.28%，鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)標(biāo)準(zhǔn)差范圍為4.86%～6.76%。通過(guò)檢測(cè)，兩種檢測(cè)方法的結(jié)果相差不大，相比于濕熱消解法，微波消解法檢測(cè)樣品所需時(shí)間較短，檢測(cè)成本低，可以避免多種因素干擾，推廣價(jià)值更高。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，原子吸收法在土壤重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用前景十分廣闊，它可以檢測(cè)多種元素的含量，從而有助于確定土壤的現(xiàn)狀。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，原子吸收法也存在一些技術(shù)缺陷，導(dǎo)致檢測(cè)的精準(zhǔn)度有待提高。技術(shù)人員應(yīng)該深入研究檢測(cè)技術(shù)，并根據(jù)土壤樣品的性質(zhì)選擇合適的檢測(cè)方法，結(jié)合土壤樣品性質(zhì)選擇相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)，降低檢測(cè)成本，提高分析能力，簡(jiǎn)化操作步驟，提高原子吸收法的檢測(cè)效率和精準(zhǔn)度，使該技術(shù)可以充分發(fā)揮應(yīng)用價(jià)值。