淺析原子熒光法測(cè)定土壤中的砷和汞元素含量

黃志剛

（吐魯番市環(huán)境監(jiān)測(cè)站，新疆 吐魯番838000）

1 引言

土壤的保護(hù)及科學(xué)利用直接關(guān)系著人類社會(huì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，土壤中眾多重金屬元素的存在是造成土壤污染的最關(guān)鍵原因，容易造成很多嚴(yán)重的后果，影響人類社會(huì)發(fā)展的可持續(xù)性。因此，需要加強(qiáng)對(duì)土壤中污染問題的探究，明確土壤污染的主要程度以及相對(duì)應(yīng)的解決對(duì)策。原子熒光光譜法是最為常用的測(cè)定土壤中砷和汞元素含量的方法，具有靈敏度高、測(cè)試速度快、成本低以及操作便捷等優(yōu)勢(shì)。但是在實(shí)際測(cè)試的過程中仍然存在一定的誤差和偏差，影響測(cè)量質(zhì)量以及測(cè)量準(zhǔn)確性，因此，需要加強(qiáng)對(duì)原子熒光法測(cè)定土壤中砷和汞含量的探究。

2 原子熒光法測(cè)定土壤中砷和汞含量的相關(guān)原理

在取好土壤樣品之后，對(duì)土壤樣品用相關(guān)化學(xué)試劑進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)酸消解反應(yīng)，并提取對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物配成相關(guān)試劑，將還原劑滴入配置好的樣品當(dāng)中，從而能夠使五價(jià)的砷元素可以還原成三價(jià)的砷元素。然后，加入硼氫化鉀作為還原劑，使砷元素可以轉(zhuǎn)化為砷化氫。之后通過氬氣保護(hù)利用石英爐進(jìn)行樣品的進(jìn)一步分解，從而能夠得到原子態(tài)的砷，利用空心陰極燈可以對(duì)砷元素進(jìn)行檢測(cè)，可以通過燈發(fā)出的特殊光的亮度以及程度進(jìn)行砷元素比例的測(cè)定，從而能夠明確要進(jìn)行測(cè)定的溶液當(dāng)中的砷濃度，進(jìn)一步推斷出樣品中的砷含量[1]。

3 原子熒光光譜法的應(yīng)用流程

3.1 實(shí)驗(yàn)部分

所使用的儀器主要包括原子熒光光度計(jì)、砷和汞的空極陰極燈、電熱板、微波消解儀、固相萃取柱、標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、土壤樣品以及純水[2]。工作條件的確定需要結(jié)合土壤樣品的大概污染程度和砷和汞的含量來(lái)確定，明確土壤樣品的檢測(cè)要求以及檢測(cè)流程，從而可以合理地確定檢測(cè)參數(shù)。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)開始的過程中，首先，需要處理采集的土壤樣品，樣品風(fēng)干之后用玻璃棒壓散，實(shí)驗(yàn)人員需要除去土壤中的雜物，并將之研磨，到樣品通過尼龍篩之后進(jìn)行備用[3]。準(zhǔn)確稱量好樣品放置于微波消解設(shè)備，加入少量的超純水和鹽酸、硝酸以及過氧化氫等相關(guān)溶液，使之能夠有效消解結(jié)合消解罐的試劑，合理地確定消解所需要消耗的時(shí)間。在消解完成之后，需要將消解液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯坩堝中，并將之放置于加熱臺(tái)中蒸干。然后，再加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的硝酸溶液，對(duì)殘?jiān)M(jìn)行進(jìn)一步的溶解，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的硫脲溶液，用硝酸溶液進(jìn)行處理。在固相萃取柱萃取過濾之后進(jìn)行相關(guān)消解液的原子熒光分析，得到對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的同時(shí)，也需要利用空白樣品做好對(duì)照實(shí)驗(yàn)，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和完整性。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本實(shí)驗(yàn)中采取固相萃取柱對(duì)土壤消解液進(jìn)行預(yù)處理活動(dòng)，在經(jīng)過固相萃取柱吸收劑的過程中，消解液的金屬離子濃縮在其表面，被測(cè)物質(zhì)會(huì)通過吸收劑被吸收，當(dāng)消解液經(jīng)過過濾之后，可以有效消除相關(guān)共存金屬對(duì)砷和汞含量測(cè)定所造成的誤差，提高砷和汞含量測(cè)定的穩(wěn)定性和科學(xué)性，保證測(cè)試精度[4]。

3.3 實(shí)驗(yàn)討論

由于環(huán)境的復(fù)雜性，導(dǎo)致不同成分的土壤環(huán)境在物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)方面存在較大的差異，對(duì)于檢測(cè)過程也存在一定的特異性，影響最終的實(shí)驗(yàn)精度和實(shí)驗(yàn)效果。因此，需要結(jié)合土壤成分以及實(shí)際土壤中的污染物質(zhì)的含量，合理地選擇消解體系和消解時(shí)間，保證土壤成分能夠被有效地檢測(cè)出來(lái)。目前，在土壤消解過程中普遍應(yīng)用高氯酸、硫酸、磷酸、氫氟酸、鹽酸以及硝酸等相關(guān)的無(wú)機(jī)酸進(jìn)行消解活動(dòng)，但是由于氫氟酸和高氯酸的強(qiáng)氧化性，導(dǎo)致在實(shí)際消極的過程中容易存在腐蝕問題和爆炸問題，有一定的實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。硫酸和磷酸在消解過程中也會(huì)放出大量的熱量而造成高溫體系，影響土壤環(huán)境的穩(wěn)定性。因此，在實(shí)際消解過程中，通常會(huì)使用鹽酸體系和磷酸體系進(jìn)行土壤的消解，也可以適當(dāng)?shù)丶尤脒^氧化氫為氧化劑，再進(jìn)行酸性環(huán)境的控制，避免酸性過大影響土壤結(jié)構(gòu)和土壤的檢測(cè)效果。在選擇消解方法時(shí)，一般情況下都是采用濕法消解和微波消解的方法來(lái)開展。濕法消解相對(duì)于微波消解汞技術(shù)來(lái)說(shuō)，所持續(xù)的時(shí)間較長(zhǎng)，操作工序十分煩瑣和復(fù)雜，需要消耗大量的時(shí)間、精力和財(cái)力。在這個(gè)過程中，需要使用大量的硝酸在電熱板上進(jìn)行反復(fù)濃縮和消解，而微波消解法主要是利用微波輻射引起的吸收計(jì)劃作用和內(nèi)加熱作用，使之能夠達(dá)到較高的壓力和溫度，從而可以保證消解酸的氧化能力始終保持在較高的水平，有效縮短消解過程所需要消耗的時(shí)間，提高消解效率和質(zhì)量，以最大限度地提升消解速度，減少易揮發(fā)樣品的損失，提高土壤檢測(cè)的效率和檢測(cè)質(zhì)量。

測(cè)試的熒光值和準(zhǔn)確度也會(huì)受到儀器的負(fù)高壓、燈電流以及載氣流量等相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)的影響。實(shí)驗(yàn)研究表明，在一定范圍之內(nèi)熒光信號(hào)和負(fù)高壓呈現(xiàn)正比的關(guān)系，如果負(fù)高壓增大，相對(duì)應(yīng)的暗電流等噪聲也會(huì)對(duì)應(yīng)增大，燈電流越高會(huì)造成相對(duì)應(yīng)的熒光值也越大。但是如果燈電流持續(xù)增加超出所作限制的標(biāo)準(zhǔn)范圍，將會(huì)出現(xiàn)測(cè)試誤差問題，使得噪音進(jìn)一步增大，影響燈的使用壽命和使用效果。如果載氣流量過小，會(huì)導(dǎo)致火焰不穩(wěn)定，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。載氣流量過高則會(huì)對(duì)原子蒸氣的濃度進(jìn)行稀釋，影響熒光信號(hào)的穩(wěn)定性。所以，需要結(jié)合儀器的工作特點(diǎn)以及工作要求，合理地選擇工作條件和工作參數(shù)，選擇最優(yōu)化的上級(jí)條件開展土壤環(huán)境的測(cè)試活動(dòng)。通常情況下，需要分別用相對(duì)應(yīng)的硼氫化鉀試劑對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，砷的熒光值隨著試劑濃度的增大而增大，汞的熒光值隨著還原劑濃度的增大而減小。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以將硼氫化鉀的濃度控制在1.5%，此時(shí)，可以保證砷和汞元素良好的熒光值，對(duì)于土壤環(huán)境的反饋更加穩(wěn)定和準(zhǔn)確。本次實(shí)驗(yàn)還比較了不同濃度的硝酸和鹽酸對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的影響，發(fā)現(xiàn)5%的鹽酸溶液對(duì)于儀器的穩(wěn)定性更好，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中可以選擇載流為5%的鹽酸溶液，還原劑濃度為1.5%的硼氫化鉀溶液，在樣品測(cè)試完成之后需要連續(xù)測(cè)定空白溶液，取相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差并建立起標(biāo)準(zhǔn)曲線。根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算出檢出限，然后連續(xù)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線的最高濃度，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，從而能夠?yàn)閿?shù)據(jù)的有效處理以及反饋創(chuàng)造良好的環(huán)境提供有效的數(shù)據(jù)支持。準(zhǔn)確稱取實(shí)際土壤樣品4 份，按上述步驟進(jìn)行測(cè)定，再取同一批土壤樣品4 份，分別加入土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)后進(jìn)行試驗(yàn)，砷和汞的加標(biāo)回收率分別在94.0%～104.9%和92.3%～97.9%，加標(biāo)回收率符合分析測(cè)試要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，原子熒光法是最為常用的測(cè)定土壤中砷和汞含量的測(cè)試方法，能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)試土壤環(huán)境中砷和汞的含量，為土壤污染的防治以及土壤污染的有效控制提供有效的數(shù)據(jù)支持。用土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品按本方法進(jìn)行了分析，結(jié)果表明該方法的精密度、準(zhǔn)確度和加標(biāo)回收率均能滿足分析測(cè)試要求。通過對(duì)原子熒光法實(shí)際應(yīng)用流程、應(yīng)用方法以及實(shí)驗(yàn)過程的探究，能夠明確原子熒光法應(yīng)用過程中存在的問題以及應(yīng)用的效果，從而可以為土壤環(huán)境的有效測(cè)試提供數(shù)據(jù)支持，有效提升土壤中微量砷和汞含量測(cè)定的效率和質(zhì)量。