原子吸收分光光度法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

湖南省常德生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 牟志勇

土壤作為人類社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源之一，現(xiàn)如今因?yàn)楣I(yè)生產(chǎn)污水以及其他固體廢棄物的隨意排放，帶來(lái)了較為嚴(yán)重的土壤環(huán)境污染現(xiàn)象，這對(duì)于我國(guó)農(nóng)業(yè)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的健康穩(wěn)定發(fā)展都會(huì)帶來(lái)十分顯著的影響。隨著我國(guó)可持續(xù)環(huán)境的深入推進(jìn)，相關(guān)政府越發(fā)重視我國(guó)土壤環(huán)境問(wèn)題的有效治理，并在技術(shù)和資金方面給予了較高的支持。以目前的監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展來(lái)看，土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的有效方式之一便是原子吸收分光光度法，能夠針對(duì)土壤中各種重金屬元素以及微量元素的具體含量給出精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果，幫助相關(guān)部門以精確的數(shù)據(jù)制定科學(xué)合理的土壤環(huán)境污染治理方案。本文圍繞土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中原子吸收分光光度法的具體應(yīng)用進(jìn)行了研究探討。

一、原子吸收分光光度法概述

（一）原子吸收分光光度法概念

現(xiàn)階段，在針對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定性、定量分析的過(guò)程中，原子吸收分光光度法得以成為主流,簡(jiǎn)單而言,待檢測(cè)元素在接受光源輻射之后，由此而產(chǎn)生的特征譜線，會(huì)在經(jīng)過(guò)樣品處理之后產(chǎn)生的原子蒸汽的時(shí)候，被蒸汽內(nèi)部的基態(tài)原子所吸收，只需要測(cè)定具體的特征譜線吸收程度便可得出需要檢測(cè)的元素具體含量數(shù)值[1]。

這一方式中便涉及了共振線和分析線兩項(xiàng)概念。在入射光通過(guò)基態(tài)形式的原子充氣的過(guò)程中，在入射光線透過(guò)樣品處理后產(chǎn)生基態(tài)原子蒸汽的過(guò)程中，與原子頻率相對(duì)應(yīng)的光會(huì)與原子之間出現(xiàn)共振現(xiàn)象，促使電子完成從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，在這個(gè)過(guò)程中入射光線的強(qiáng)度也會(huì)遭到一定程度的削弱。電子在完成從初始基態(tài)到第一激態(tài)躍遷變化這一環(huán)節(jié)的時(shí)候，所需要的能量數(shù)值最低，這種狀態(tài)變化也是最容易產(chǎn)生的，在這一環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的吸收譜線就是人們常說(shuō)的共振吸收線。共振吸收線產(chǎn)生的共振發(fā)射線現(xiàn)象，是在其返回基態(tài)的環(huán)節(jié)出現(xiàn)的。通過(guò)這些描述不難看出，共振吸收線和發(fā)射線共同組成了共振線這一完整的體系。同時(shí)，需要注意的一點(diǎn)是，元素本身在原子結(jié)構(gòu)、外層電子分布方面的差異較大，賦予了共振線所屬元素的一些特征，這種類型共振線也可被稱之為元素固有的特征譜線，對(duì)于目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的絕大部分金屬元素來(lái)說(shuō)，其元素的分析靈敏線就是共振線，在實(shí)踐中也被人們稱之為分析線。

（二）原子吸收分光光度法常用檢測(cè)方法

以目前原子吸收分光光度法的發(fā)展來(lái)看，其中具體的測(cè)定方式包含如下兩種：

第一，標(biāo)準(zhǔn)曲線法。在相關(guān)儀器推薦使用的濃度范圍內(nèi)，可以將制定出的等待檢測(cè)元素的分為濃度逐漸增加的三份，并分別在其內(nèi)部加入各種品項(xiàng)下制備樣品溶液的相應(yīng)試劑，同時(shí)以對(duì)應(yīng)的試劑制作出空白對(duì)照溶液。在啟動(dòng)測(cè)量?jī)x器之后，需要對(duì)空白的對(duì)照溶液和各個(gè)不同濃度的帶檢測(cè)溶液的吸光度進(jìn)行測(cè)定，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)的記錄。隨后則可以將每一個(gè)濃度樣品溶液吸光度的三次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行平均計(jì)算取值，并將之作為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的測(cè)量樣品溶液濃度需要作為橫坐標(biāo)，以此得出最終的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果曲線。在此之后就可以按照各種品項(xiàng)下的規(guī)定要求制定濃度合理的樣品溶液，保障待檢測(cè)元素形成的樣品溶液濃度數(shù)值可以始終處于之前所得的標(biāo)準(zhǔn)濃度結(jié)果曲線取值范圍之內(nèi)[2]。

第二，標(biāo)準(zhǔn)加入法。在使用這種方式的時(shí)候，檢驗(yàn)人員需要取相同體積的4份樣品溶液，并將分別放置體積完全相同的4個(gè)量瓶中，除去1號(hào)量瓶之外，其余的三個(gè)量瓶需要分別加入不同濃度的帶檢測(cè)元素對(duì)照溶液，隨后借助離子稀釋溶液到規(guī)定刻度，將其制作成從零開(kāi)始遞增的系列化溶液。接下來(lái)的操作與之前的標(biāo)準(zhǔn)曲線法檢驗(yàn)操作完全一致的。需要注意的是，這種方式單純地適用于第一法標(biāo)準(zhǔn)曲線呈線性分布，并且通過(guò)原點(diǎn)的狀況[3]。而這種方式在應(yīng)用于雜質(zhì)限度檢查工作的過(guò)程中，需要按照具體的規(guī)定制作出樣品檢測(cè)溶液，隨后取相同數(shù)量的樣品溶液，加入限度量的代檢測(cè)元素溶液，制作成對(duì)照的樣品溶液，按照標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行操作。

二、土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中原子吸收分光光度法的應(yīng)用分析

（一）在土壤重金屬監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

土壤重金屬監(jiān)測(cè)作為反映我國(guó)土壤環(huán)境污染程度的一個(gè)重要指標(biāo)，原子吸收分光光度法在其中的引入、應(yīng)用，需要檢驗(yàn)人員將收集而來(lái)的待檢測(cè)土壤樣品放置在搪瓷盤中，并在土壤自然風(fēng)干之后，使用竹片等工具，將土壤中的砂石、植物碎片等雜物進(jìn)行全面清理，隨后進(jìn)行均勻的混合，針對(duì)土壤樣品使用瑪瑙研缽進(jìn)行研磨指導(dǎo)可以全部通過(guò)100目的尼龍篩，需要的樣品數(shù)量可使用四分法，將之裝入到紫色廣口的磨口瓶中，隨后將土壤樣品放置在干燥器中進(jìn)行備用。

在樣品消解的過(guò)程中可以使用電熱板/鹽酸—硝酸—?dú)浞帷呗人嵯夥绞?，需要稱量一定數(shù)量的待檢測(cè)土壤樣品盛裝在聚四氟乙烯坩堝中，將10ml的鹽酸溶液加入坩堝中，并針對(duì)整體檢測(cè)樣品使用離子水進(jìn)行潤(rùn)濕操作，隨后將之放置到加熱板上，加熱溫度上升到170℃，在帶檢測(cè)樣品溶液持續(xù)加熱直至剩余5ml的時(shí)候，分別將10ml的硝酸以及5ml的氫氟酸加入其中繼續(xù)進(jìn)行加熱處理[4]。為了保證達(dá)成既定的除硅效果，坩堝需要時(shí)常進(jìn)行搖動(dòng)，最后需要在其中加入5ml的高氯酸持續(xù)加熱到白煙不再產(chǎn)生為止。如果待檢測(cè)的土壤樣品中含有數(shù)量較多的有機(jī)質(zhì)物質(zhì)，還需要在加入高氯酸之后進(jìn)行加蓋消解，最終得到的土壤樣品分解物需要呈現(xiàn)出白色或者是淡黃色。在坩堝傾斜的狀態(tài)下，分解物呈現(xiàn)出一種不流動(dòng)的黏稠狀。在得到土壤樣品的分解物之后，需要使用稀硝酸溶液對(duì)坩堝的內(nèi)壁和鍋蓋進(jìn)行沖洗，維持在一種溫?zé)岬臓顟B(tài)將其中的殘?jiān)耆?，在冷卻到室溫之后定容備測(cè)。在檢測(cè)的工作階段中，需要根據(jù)測(cè)量的元素的實(shí)際光學(xué)波長(zhǎng)設(shè)置適宜的測(cè)定條件。在上機(jī)測(cè)定的環(huán)節(jié)中，以標(biāo)準(zhǔn)序列為先樣品在后的順序進(jìn)行檢測(cè)，隨后經(jīng)曲線線性回歸，在曲線完全符合要求的前提下，方可針對(duì)樣品逐一進(jìn)行測(cè)試。

（二）應(yīng)用于土壤中微量元素含量測(cè)定

微量元素雖然在土壤中的含量較為稀少，但其數(shù)量的變化卻會(huì)直接針對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)、發(fā)育帶來(lái)影響。以現(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展來(lái)看，火焰原子吸收分光光度法是一種常見(jiàn)于土壤微量元素含量檢測(cè)工作中的技術(shù)手段。在將土壤中待檢測(cè)的全部微量元素轉(zhuǎn)移到檢測(cè)溶液的過(guò)程中，土壤內(nèi)部既存的礦物晶格，可以借助硝化或者熔融的方式，對(duì)其進(jìn)行破壞。在檢測(cè)人員制作全量分析樣品待檢測(cè)溶液的過(guò)程中，堿溶、酸溶是兩種常用的技術(shù)方式，碳酸鈉、碳酸鉀等是前者中應(yīng)用頻率最高的檢測(cè)物質(zhì)和技術(shù)方式，后者則包括了氫氟酸—硫酸和氫氟酸—高氯酸法。這兩種全量分析溶液制備方式，前者相對(duì)較為系統(tǒng)，后者則是在操作簡(jiǎn)便性上占據(jù)一定的優(yōu)勢(shì)，且制作出來(lái)的待檢測(cè)樣品中也更加適用于原子特征光譜的吸收分析。在使用氫氟酸、硝酸和高氯酸物質(zhì)針對(duì)待檢測(cè)土壤樣品實(shí)施消煮處理之后，土壤內(nèi)部含有的硅酸鹽性質(zhì)的晶格會(huì)因?yàn)闅浞岬淖饔帽煌耆茐模罱K生成的伴生物就是SiF4物質(zhì)，能有效消除土壤中原有的硅元素對(duì)于其他微量元素測(cè)定的干擾。在土壤樣品完全消煮之后，可以使用1:1的硝酸溶液進(jìn)行溶解，在檢測(cè)人員完成待檢測(cè)土壤樣品溶液制備工作之后，便可針對(duì)土壤中的鈣、鎂、鐵、錳、銅等微量元素的具體含量使用火焰原子吸收法進(jìn)行檢測(cè)。但在具體的檢測(cè)過(guò)程中，需要注意的一點(diǎn)是，如果這種檢測(cè)方式在應(yīng)用的過(guò)程中，之前植被完成的土壤樣品監(jiān)測(cè)提取溶液中含有的鉀、鈉、鈣等微量元素，可以將稀釋劑直接加入其內(nèi)部之后，利用空氣乙炔火焰進(jìn)行具體含量的檢測(cè)工作。如若發(fā)現(xiàn)實(shí)際的元素濃度數(shù)相對(duì)較高，則可以進(jìn)行一定程度的稀釋之后再進(jìn)行測(cè)量。通常而言，有效態(tài)的鐵、錳、銅等元素的測(cè)定，通常使用多元素一次性的浸潤(rùn)劑進(jìn)行提取，使用pH值為7.3的二乙三胺五乙酸和三乙醇胺能夠取得最好的提取效果，浸取樣品溶液在實(shí)施過(guò)濾處理之后，可以直接在空氣乙炔焰中進(jìn)行微量元素含量的測(cè)定。

三、原子吸收分光光度法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中應(yīng)用出現(xiàn)的干擾及其處理分析

原子吸收分光光度法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，通常會(huì)受到如下幾方面的干擾：第一，來(lái)自光譜的實(shí)際干擾。在待檢測(cè)土壤樣品中，如果共存元素的吸收線和需要檢測(cè)元素的分析線二者之間差距十分接近，這些共存元素會(huì)在具體的檢測(cè)工作中針對(duì)待檢測(cè)元素的光譜特征進(jìn)行一定量的吸收[5]。在這種情況下，為了解決光譜的干擾，則必須選用其他波長(zhǎng)下的分析線。第二，電離干擾。土壤中的堿金屬或者是堿土金屬，因?yàn)槠渲械碾婋x能相對(duì)較低，很容易發(fā)生電離現(xiàn)象，并且經(jīng)過(guò)電離處理之后的離子不會(huì)再次吸收特定波長(zhǎng)下的敷設(shè)。很容易帶來(lái)最終檢測(cè)結(jié)果的巨大誤差。在使用原子吸收分光光度檢測(cè)法的過(guò)程中，可以使用溫度相對(duì)較低的火焰，對(duì)其電離的程度進(jìn)行控制，同時(shí)也可以通過(guò)加入氯化鋰、氯化鈉等電離緩沖劑，對(duì)電離干擾現(xiàn)象進(jìn)行有效緩解。

四、總結(jié)

目前原子吸收分光光度法廣泛應(yīng)用于土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)，檢測(cè)土壤中的重金屬元素、微量元素，并在我國(guó)有關(guān)土壤污染防治標(biāo)準(zhǔn)的制定中提供了完善的技術(shù)、數(shù)據(jù)支持，原子吸收分光光度法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，為我國(guó)土壤環(huán)境治理提供了數(shù)據(jù)方面的支撐，因?yàn)樵摷夹g(shù)在使用中出現(xiàn)的光譜、電離干擾會(huì)對(duì)最終檢測(cè)結(jié)果的客觀、精準(zhǔn)性產(chǎn)生較大的負(fù)面影響，可以在選擇其他波長(zhǎng)形態(tài)分析或者是使用溫度相對(duì)較低的火焰，將這些干擾問(wèn)題的發(fā)生概率降到最低。