原子吸收光譜法在土壤環(huán)境中的應(yīng)用

江 映，袁 方

（貴州省地礦局103地質(zhì)大隊(duì)，貴州銅仁 554300）

土壤是人類(lèi)最重要的資源，在人類(lèi)生活中有著舉足輕重的地位，是人類(lèi)賴(lài)以生存的根本，絲毫的破壞和污染都會(huì)對(duì)人類(lèi)的生活和生存造成不可估量的后果。而隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，各種城市建設(shè)速度的提升，對(duì)環(huán)境的破壞已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了環(huán)境自身的恢復(fù)速度，使得我國(guó)的土壤資源受到了嚴(yán)重的污染，也影響著人們的日常居住問(wèn)題。在改善土壤環(huán)境方面，人們使用了很多方法，其中最有效的就是原子吸收光譜法，能夠及時(shí)高效地檢測(cè)土壤，包括重金屬含量以及重金屬元素的分布，確定重金屬的污染情況，掌握土壤最真實(shí)的情況，并對(duì)土壤的實(shí)際情況做出合理和合適的方案，從而解決重金屬的問(wèn)題，防止土壤的進(jìn)一步惡化[1-2]。本文首先介紹了幾種常見(jiàn)的原子吸收光譜法，然后討論了原子吸收光譜法在土壤環(huán)境中的應(yīng)用，并指出原子吸收光譜法在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)和干擾消除的方法，有利于評(píng)估土壤的真實(shí)形態(tài)，為社會(huì)生態(tài)環(huán)境的了解和發(fā)展提供基礎(chǔ)。

1 原子光譜技術(shù)

20 世紀(jì)中期，原子吸收光譜法誕生，主要的原理是定量分析不同原子蒸汽的不同譜線吸收情況，根據(jù)待檢元素的固定波長(zhǎng)，可得出輻射吸收值，從而得出元素含量。目前，主要原子吸收光譜技術(shù)包括火焰原子吸收法、石墨爐原子吸收法和氫化物等。

1.1 火焰原子吸收法

火焰法原子吸收光譜法是一種最為成熟的檢測(cè)手段之一，主要應(yīng)用于土壤金屬元素的檢測(cè)，優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單且易受控制，設(shè)備簡(jiǎn)單，幾乎沒(méi)有干擾性，便于開(kāi)展小范圍的檢測(cè)。但是火焰法原子吸收光譜法對(duì)2種元素不適用，一種是耐高溫元素，火焰法的溫度不足以將其分解，另一種是共振線在遠(yuǎn)紫外區(qū)的元素。葉正茂等對(duì)土壤樣品經(jīng)過(guò)研磨、篩選和微波消解處理后，用火焰原子吸收測(cè)定鉛含量，結(jié)果表明該方法簡(jiǎn)便快速，適用于大批量土壤元素的檢測(cè)[3]。

1.2 石墨爐原子吸收法

石墨爐原子吸收法的產(chǎn)生基于1957年石墨爐原子化技術(shù)的誕生，石墨爐原子吸收光譜法的原子化器是石墨，再通過(guò)電流加熱的方式使得元素原子化，以達(dá)到便于分析的程度，靈敏度可高達(dá)10～13g，與火焰法相比，具有較高的原子化效率，此外，還具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)安全性高、靈敏度高和實(shí)驗(yàn)所需量少等優(yōu)點(diǎn)，使得石墨爐技術(shù)的發(fā)展極為迅速，但是石墨爐原子吸收法也存在檢測(cè)速度慢、廣譜窄、成本高、檢測(cè)精度低和重現(xiàn)性差等缺點(diǎn)。此外，在進(jìn)行較為復(fù)雜的土壤樣品檢測(cè)時(shí)，比較容易受到干擾，影響測(cè)定結(jié)果。劉英波等采用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定土壤中痕量鎘，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出該方法靈敏度高、精密度高、線性關(guān)系好，能滿足土壤中痕量鎘重金屬元素的測(cè)定[4]。

1.3 氫化物法

氫化物法是一種極其靈敏的檢測(cè)手段，常用于As、Sn、Pb、Se 等易形成氫化物的元素中，而這些元素難以被火焰法檢測(cè)出。氫化物法實(shí)現(xiàn)元素原子化的途徑主要是將基體和元素分離，這樣做可以降低外部環(huán)境對(duì)檢測(cè)的影響，提高樣品的進(jìn)樣效率，目前氫化物發(fā)生法的進(jìn)樣效率可高達(dá)100%，因此在As、Sn、Pb、Se 等元素的檢測(cè)中應(yīng)用最廣。

2 原子吸收光譜法的優(yōu)勢(shì)

原子吸收光譜法作為土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中較為重要的技術(shù)手段，在實(shí)踐中應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。當(dāng)前，原子吸收光譜法的優(yōu)勢(shì)主要是靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)和分析范 圍廣。

2.1 靈敏度高

傳統(tǒng)的檢測(cè)方式，靈敏度較低，且無(wú)法測(cè)量出部分元素和部分?jǐn)?shù)據(jù)，因此嚴(yán)重限制了土壤測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，而原子吸收光譜法對(duì)大部分的元素都可以達(dá)到×10-6數(shù)量級(jí)的檢測(cè)靈敏度，輔助以特殊方式，如預(yù)富集，甚至可以達(dá)到×10-9數(shù)量級(jí)的檢測(cè)靈敏度，這是其他檢測(cè)方式難以達(dá)到的。

2.2 抗干擾性強(qiáng)

傳統(tǒng)檢測(cè)過(guò)程中，極易出現(xiàn)原子光譜重疊或者相互干擾的情況，嚴(yán)重影響了檢測(cè)的靈敏度和精準(zhǔn)性，而原子吸收光譜法由于具有原子吸收帶窄等特點(diǎn)，不易受到外界的干擾，很好地避免了這種情況，而主線變化的可能性很低，因此重線的概率極低，這種較強(qiáng)的抗干擾性可以使得檢測(cè)的數(shù)據(jù)更精確和可靠。

2.3 分析范圍廣

據(jù)統(tǒng)計(jì)，原子吸收光譜法包括 70 多種檢測(cè)方法，如此種類(lèi)繁多的檢測(cè)方法幾乎包括了常見(jiàn)的元素，不僅僅包括主量元素、較低含量元素和低含量元素，還包括微量和超痕量元素，甚至還能檢測(cè)到部分非金屬元素和大部分的有機(jī)物，因此原子吸收光譜法的分析范圍非常廣。綜上所述，原子光譜法的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)和分析范圍廣上，基于這些優(yōu)勢(shì)，原子光譜法在土壤環(huán)境中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，也越來(lái)越重要。

3 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境中的應(yīng)用

3.1 評(píng)價(jià)土壤重金屬污染情況

土壤、空氣和水資源是人類(lèi)最重要的3大資源，是人類(lèi)賴(lài)以生存的根本，在生活中有著舉足輕重的地位，絲毫的破壞和污染都會(huì)對(duì)人類(lèi)的生活和生存造成不可估量的后果。而隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的加快，各種城市建設(shè)速度的提升，對(duì)環(huán)境的破壞已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了環(huán)境自身的恢復(fù)速度，使得我國(guó)的土壤、空氣和水資源都受到了嚴(yán)重的污染。對(duì)于土壤來(lái)說(shuō)，工業(yè)產(chǎn)生的工業(yè)廢氣、廢水造成了可怕的重金屬污染，連大興安嶺的土壤中都發(fā)現(xiàn)了Hg 等重金屬元素，并且含量已經(jīng)超標(biāo)，不僅如此，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)其他重金屬元素的含量也在不斷增加，面臨如此嚴(yán)峻的土壤污染情況，應(yīng)使用原子吸收光譜法對(duì)土壤情況進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)對(duì)相關(guān)土壤進(jìn)行治理，便于改善土壤結(jié)構(gòu)。宋智萍等利用原子吸收光譜法檢測(cè)山西師范大學(xué)三個(gè)不同校區(qū)，目的是檢測(cè)不同校區(qū)土壤中的重金屬含量，結(jié)果表明，僅一個(gè)校區(qū)受到Cu 元素的輕微污染，這樣的檢測(cè)及時(shí)地讓人們了解土壤的元素含量，可采取相應(yīng)的措施和手段進(jìn)行治理，保證了人民生活的安全和工農(nóng)業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定[5]。

3.2 分析重金屬元素形態(tài)

重金屬元素形態(tài)是指重金屬元素具體的存在形式，主要包括結(jié)合態(tài)和交換態(tài)等形態(tài)，這些形態(tài)一般穩(wěn)定性較差，易對(duì)環(huán)境造成重金屬污染，因此，應(yīng)用原子吸收光譜法對(duì)重金屬元素形態(tài)進(jìn)行分析迫在眉睫，但是形態(tài)的分析難度較大，流程復(fù)雜，并且要求極高的靈敏度，因此就要求檢測(cè)方法的精準(zhǔn)化和靈敏化。通過(guò)對(duì)鄂爾多斯的土壤進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域土壤中的重金屬的主要存在形態(tài)是 Fe-Mn 氧化結(jié)合方式，類(lèi)似這樣的檢測(cè)，就可以為土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的工作提供可靠的數(shù)據(jù)支持，便于研究學(xué)者了解該區(qū)域的土壤重金屬元素形態(tài)，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)土壤提出可行性治理方案，有效控制土壤的重金屬污染情況，保證土壤始終處于一個(gè)健康的狀態(tài)，穩(wěn)固人類(lèi)生存的根本，促進(jìn)我國(guó)工農(nóng)業(yè)發(fā)展。

4 干擾的消除

原子吸收光譜法在檢測(cè)過(guò)程中主要的干擾來(lái)源于光譜干擾、電離干擾和物理干擾。

4.1 光譜干擾

在待檢測(cè)土壤試樣中，如果存在兩種元素的吸收線大致吻合，那么就容易出現(xiàn)光譜干擾，這些元素會(huì)各自吸收自己的光輻射，使得這些元素之間的波長(zhǎng)特別小，這種光譜的干擾，極易影響測(cè)量結(jié)果，導(dǎo)致檢測(cè)失敗，因此解決這種情況的辦法就是利用其他波長(zhǎng)類(lèi)型進(jìn)行分析。

4.2 電離干擾

電離干擾是指堿土金屬和堿金屬之間發(fā)生電離作用后，相應(yīng)的離子吸收特定波長(zhǎng)的輻射，造成檢測(cè)“盲區(qū)”，出現(xiàn)檢測(cè)誤差，往往出現(xiàn)遺漏元素的現(xiàn)象，對(duì)檢測(cè)工作極其不利，因此應(yīng)選擇溫度比較低的火焰，因?yàn)檫@樣的火焰溫度可以將電離情況減少到最低，也可以在檢測(cè)時(shí)加入合適的電離緩沖劑。

4.3 物理干擾

物理干擾是指標(biāo)準(zhǔn)溶液跟試液溶液物理性質(zhì)不同，如表面張力、表面濃度等，因此在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，檢測(cè)方法會(huì)對(duì)這兩種溶液有不同的物理反應(yīng)，如火焰原子法，黏度的不同容易導(dǎo)致霧化效率不同，也會(huì)影響噴霧的速度和霧滴的大小，因此，在原子吸收光譜的測(cè)定過(guò)程中，要盡可能地讓標(biāo)準(zhǔn)溶液跟試液溶液物理性質(zhì)相同。

5 注意事項(xiàng)

采用原子吸收光譜法對(duì)土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，最重要的是檢測(cè)結(jié)果的精確性，而對(duì)精確性影響最大的是土壤樣品的處理和土壤樣品的消解，在這2個(gè)過(guò)程中有較多的注意事項(xiàng)，具體如下。

5.1 土壤樣品的處理方法

使用原子吸收光譜法對(duì)土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，為了保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性，需將土壤樣品進(jìn)行懸浮處理，即處理成土壤懸浮液，使其便于檢測(cè)。在進(jìn)行懸浮處理時(shí)，要注意以下3點(diǎn)，一是要對(duì)土壤樣品進(jìn)行前處理，包括研磨、篩選和烘干，要注意防止水分和其他雜物進(jìn)入；二是在加入酸混合液時(shí)，要注意混合的時(shí)間，可選擇微波震蕩，提高混合效率；三是在采用原子吸收光譜法，要注意測(cè)定相關(guān)指數(shù)，如濃度，土壤顆粒度等。

5.2 土壤樣品的消解方法

目前主要的消解方法有2種，一種是濕法消解，此法操作簡(jiǎn)單，可檢測(cè)的土壤范圍大，但是缺點(diǎn)很明顯，因?yàn)樵跈z測(cè)時(shí)要加入強(qiáng)酸試劑，不僅僅會(huì)造成土壤的酸積累，污染周?chē)耐寥拉h(huán)境，釋放的酸性氣體還會(huì)破壞大氣環(huán)境的穩(wěn)定，更重要的是酸性試劑的量極易影響檢測(cè)的精度，因此在使用濕法消解時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制酸性試劑的量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)和隔離。另一種方法是微波消解法，是基于濕法消解的一種消解方法，指土壤試樣先與一定量的酸混合，然后將整體試樣在微波環(huán)境中加熱，這樣可以有效提高酸與土壤試樣的反應(yīng)效率，縮短融合時(shí)間，改善融合效果，保證了土壤檢測(cè)的精準(zhǔn)性。

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在使用原子光譜法對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，要根據(jù)不同的土壤樣本選擇不同的監(jiān)測(cè)方法，要根據(jù)3種方法的側(cè)重來(lái)選擇合適的方法，另外，要盡可能選擇預(yù)處理方法，來(lái)保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。要重點(diǎn)關(guān)注原子吸收光譜法在評(píng)價(jià)土壤重金屬污染情況和分析重金屬元素形態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用，不斷探索實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，如土壤樣品的處理和消解，找到有效的方法解決，讓原子吸收光譜法在地大物博的中國(guó)發(fā)揮更大的價(jià)值，有效改善我國(guó)土壤環(huán)境。