原子吸收光譜法在測定水中重金屬離子的應用

徐斌 遼寧省盤錦市疾病預防控制中心理化檢驗科 （遼寧 盤錦 124010）

內(nèi)容提要： 我國特別重視水體環(huán)境的水質(zhì)，檢測水體重金屬離子也是人們所關注的焦點。原子吸收光譜法因其高靈敏度、準確性、選擇性被當前的檢測機構(gòu)廣泛使用。文章通過對原子吸收光譜法的優(yōu)缺點、基本原理、所用儀器的組成進行分析，采取不同的措施對測定過程的干擾進行排除，最大程度優(yōu)化原子吸收光譜法，以提高檢測水體重金屬的水平，促進我國水體水質(zhì)的改良。

我國高速發(fā)展的工農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的廢棄物和廢水直接排放到江河湖海區(qū)域，造成水體金屬污染。水體金屬污染來源包括冶煉、采礦產(chǎn)生的鎘、鉛、汞、砷等以及農(nóng)業(yè)上的化肥、農(nóng)藥、污水引起的重金屬污染。水體重金屬污染降低水體的質(zhì)量，破壞水體生態(tài)環(huán)境，且在水體生物體內(nèi)積累，微生物無法降解，反而還會轉(zhuǎn)變?yōu)槎拘愿蟮闹亟饘倩衔?，通過食物鏈的傳遞在各種層級的生物體內(nèi)富集，最終對人類的健康造成危害。治理重金屬污染的前期工作是檢測水體的重金屬離子，采用高靈敏度、強度抗干擾性的原子吸收光譜法快速、高效測定水體重金屬離子。

1.測定的基本原理

原子吸收光譜法（AAS）在原子外層電子的基礎上有選擇地吸收特征波長的光輻射，使原子外層的電子從低一級的狀態(tài)躍遷到高級狀態(tài)即基態(tài)和激發(fā)態(tài)，從而對金屬離子進行定性分析和定量分析[1]。物質(zhì)的原子存在特定的結(jié)構(gòu)即原子被激發(fā)后電子具有不同的躍遷，能輻射不同的波長，每種元素都有其特征的光譜線，從而對待測元素進行定性分析。光源的入射光線照射待檢測樣品，原子外層電子吸收的相同元素發(fā)出的特征光譜減弱電源所發(fā)出的入射光線，吸光度A與待檢測元素含量呈現(xiàn)正比的關系，測定吸光度從而得到被檢測的元素用量，來定量分析待檢測的相應元素。能級不同的原子外層電子可以有選擇地共振吸收一定波長的輻射光，被吸收的波長剛好等于原子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的能級發(fā)射的光線長度。

2.原子吸收光譜的優(yōu)劣勢

原子吸收光譜的測定方法與其他測定金屬離子的方法而言，具有明顯的優(yōu)點以及存在許多不足。

2.1 原子吸收光譜法的高選擇性

原子吸收光譜法檢測的元素原子外層的電子具有相對窄的通道，所發(fā)射的光波是特定的并不會干擾被檢測的元素，這樣使分析方法具有較強的選擇性，也相對減少了檢測元素的干擾因素。

2.2 原子吸收光譜法分析范圍廣

原子吸收光譜法可測定七十多種元素，分析更多的金屬離子且不需要等待被檢測的元素從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，僅通過測定含量較低的離子也可檢測元素含量。這種分析方法具有其他分析方法所不具備的優(yōu)點。

2.3 原子吸收光譜法測定單一

原子吸收光譜法測定的元素不是對多種元素測定，而是不停更換光源燈測定單一的元素，致使檢測金屬離子的過程會受到影響。檢測難溶的金屬離子的靈敏度不高，測定的標準曲線范圍也比較小，針對比較復雜的測定要排除外界的干擾[2]。

3.原子吸收光譜儀器組成

在當下的市場環(huán)境中銷售的原子吸收光譜儀器具有不同的類型，根據(jù)光譜的種類大致可分為單光束和雙光束，其主要的結(jié)構(gòu)包括光源、原子系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)四個部分。

3.1 光源

水體中的不同金屬離子對不同的光波的光譜吸收不一樣，而這些差異可以被計算機轉(zhuǎn)換為電子信號，通過分析處理測定水體的金屬離子含量。光源的性能對于重金屬粒子的測定影響很大，所以要求光源的性能要調(diào)整好，光源要有較強的穩(wěn)定性，防止在測定的短時間內(nèi)發(fā)生偏移，且使用的壽命時間要較長，不得低于8h，共振的輻射寬度不得高于所吸收光線的寬度。

3.2 原子化系統(tǒng)

原子化系統(tǒng)是整個原子吸收光譜儀器的最重要的部分，檢測的結(jié)果必然受到原子化系統(tǒng)影響。原子化系統(tǒng)給整個儀器提供持續(xù)的能量，不斷地蒸發(fā)、干燥、原子化所測定的金屬離子存在的水樣。按照所測定的結(jié)果的差異，當前市場銷售的原子化系統(tǒng)有4類，按照能量供給的性質(zhì)分為火焰類、冷蒸汽類、石墨爐類、氫化物類等原子化系統(tǒng)[3]。

3.3 檢測系統(tǒng)

檢測系統(tǒng)是進行原子吸收光譜儀器測定的最后程序，將所測得的數(shù)據(jù)錄入檢測系統(tǒng)，定量檢測水體不同種類的重金屬含量，獲得檢測結(jié)果以及所需要測定的離子濃度。

4.原子吸收光譜的具體應用

分析水質(zhì)時，水體會存在雜質(zhì)造成堵塞影響分析的結(jié)果。消除干擾的方式是對待測樣品采取濕法灰化預處理，富集待測樣品進行沉淀、蒸發(fā)、萃取、離子交換等程序后分析。

4.1 制備標準樣品

進行原子吸收光譜分析的待測樣品要與標準樣品的吸收信號比對，測定每一個元素之前要校準使用的儀器，使得儀器的數(shù)值處于該測定元素的范圍之內(nèi)且呈現(xiàn)正比例關系。防止測定的標準樣品發(fā)生變化，需要現(xiàn)配現(xiàn)用。

用于測定的標準溶液采用的容量瓶為1000mg/L，配置的過程需少量滴定進行稀釋溶液。使用容量瓶之前要進行硝酸溶液浸泡，在進行配置時再采用去離子水潤洗，防止在配置時因為容量瓶被污染造成標準溶液測定值不準[4]。

4.2 測定樣品

測定樣品之前要原子化樣品，將待測樣品的pH值稀釋到適宜的數(shù)值。經(jīng)酸化處理樣品使形成金屬氯化，待測樣品會更好地原子化。通過調(diào)整樣品的吸收值，將各種待測的樣品和比對的標準樣品置于火焰中得出吸光度，再分析處理實驗結(jié)果。

4.3 火焰的影響

一般進行的原子吸收光譜法分析水樣的水質(zhì)時，采取的NO-乙炔火焰法就可以原子化水體中的待測金屬離子，但少數(shù)的金屬離子對于溫度的要求更高，滿足實際的測定實驗，要按照測定的金屬離子來選擇火焰的種類。

5.消除干擾因素

在以上的探討中，可以得出原子吸收光譜法會受到一定的干擾，為減少干擾帶來的影響需要采取相應的方法來解決干擾問題，確保實驗結(jié)果的準確程度。

5.1 化學干擾

化學干擾一般是利用溫度或者其他化學物質(zhì)來消除干擾，如提高火焰的溫度以及火焰的氛圍、適量的釋放劑、緩沖溶液可以減少測定過程的干擾因素[5]。

5.2 物理干擾

物理干擾采用的是調(diào)整溶液來降低干擾因素的影響，采取相應的標準溶液或者稀釋被測溶液中的高濃度金屬離子，或者加入有機溶劑提高靈敏度。

5.3 電離子干擾

電離子干擾采取的方法是調(diào)節(jié)離子濃度和電離的程度，適當?shù)膲A類金屬離子或者相對低的溫度可以消除離子帶來的干擾。

5.4 光譜干擾

干擾的因素還包括與測定時的光線相似的發(fā)射光線，消除這些干擾光線的辦法是使用不同的差別大的光線或者縮小通過光線的狹縫寬度，使用相近的標準樣品和測定的樣品可降低干擾的因素。

6.改良原子吸收光譜法

隨著科學技術的不斷發(fā)展，原子吸收光譜所采用的檢測儀器將會進一步發(fā)展。當下的大多數(shù)儀器生產(chǎn)企業(yè)創(chuàng)新原子吸收光譜儀，使得其在處理的前階段可以進行自動化，減少人工的耗費，結(jié)合不同的分析手段極大程度提升了原子吸收光譜儀的測定準確程度。采用火焰原子吸收聯(lián)合使得化合物共存的可能性大大提高[4]。

7.小結(jié)

我國的水體金屬污染比較嚴重，對水體生物、環(huán)境以及人類的健康造成一定的危害[5]。對于重金屬的水體污染，要采取相應的措施進行調(diào)節(jié)水體環(huán)境，檢測水體重金屬的技術要不斷深入，通過一定的措施調(diào)節(jié)水體的重金屬含量，減少水體的重金屬污染，控制整體的水質(zhì)，促進我國的生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。