快速微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定土壤中的重金屬含量

宋 尚

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

由于土壤受重金屬污染現(xiàn)象嚴(yán)重，近年來一直成為我國相關(guān)部門的主要研究對(duì)象[1]。以往針對(duì)土壤中的重金屬含量測(cè)定方法，基于原子熒光光譜法展開具有高效性的優(yōu)勢(shì)，但經(jīng)常在測(cè)定后會(huì)出現(xiàn)測(cè)定結(jié)果與實(shí)際相比殘差大的問題，導(dǎo)致其測(cè)定結(jié)果只能起到參考作用。因此，有必要針對(duì)土壤中的重金屬含量測(cè)定方法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?？焖傥⒉ㄏ?原子熒光光譜法在傳統(tǒng)原子熒光光譜法的基礎(chǔ)上，通過快速微波消解的方式，消解土壤中存在的酸體系，能夠進(jìn)一步提高對(duì)于土壤中的重金屬含量測(cè)定的精度[2]?；诖?，有必要將快速微波消解-原子熒光光譜法應(yīng)用在土壤中的重金屬含量測(cè)定中，盡可能的在具備經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，得到精準(zhǔn)度最高的測(cè)定結(jié)果，從而滿足對(duì)土壤中的重金屬含量測(cè)定的期望要求。

1 快速微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定土壤中的重金屬含量

1.1 選擇快速微波消解-原子熒光光譜儀器

在土壤中的重金屬含量測(cè)定過程中，必須選擇合適的快速微波消解-原子熒光光譜儀器，針對(duì)快速微波消解-原子熒光光譜儀器相關(guān)參數(shù)設(shè)定，如表1所示。

表1 快速微波消解-原子熒光光譜儀器工作參數(shù)

結(jié)合表1所示，為快速微波消解-原子熒光光譜儀器工作參數(shù)，以此為本次試驗(yàn)硬件，為土壤中的重金屬含量測(cè)定提供硬件支持。

1.2 基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系

在選擇快速微波消解-原子熒光光譜儀器的基礎(chǔ)上，由于土壤樣品中大部分陽離子處于完全分離的狀態(tài)下，只有極少部分的陽離子會(huì)滯留時(shí)間過長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致分析的結(jié)果與實(shí)際誤差大。因此，必須基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系，最大限度上避免土壤樣品中陽離子相互作用[3]?；诳焖傥⒉ㄏ?原子熒光光譜法消解酸體系的具體流程為：首先，采用酸性較弱的淋洗液消除土壤樣品中存在相互作用的陽離子對(duì)分析結(jié)果帶來的干擾；而后，在保證土壤樣品中所有陽離子均處于完全分離狀態(tài)的基礎(chǔ)上，分析土壤樣品中的陽離子；最后，運(yùn)用快速微波消解的方式消解土壤中的酸體系。本文以土壤中的As、Hg重金屬為例，基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系具體信息，如表2所示。

表2 基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系

結(jié)合表2所示，通過快速微波消解-原子熒光光譜法，能夠消除土壤中所含的酸體系。在基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系的過程中，通過基于快速微波消解-原子熒光光譜法的有效應(yīng)用，能夠提高土壤樣品中陽離子分離的速度，防止出現(xiàn)殘留的現(xiàn)象，進(jìn)而提高土壤樣品中的重金屬含量測(cè)定的精度。

1.3 確定土壤中的重金屬含量測(cè)定原子熒光光譜波長(zhǎng)

基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系后，根據(jù)土壤中的重金屬含量測(cè)定的原子熒光光譜波長(zhǎng)，確定土壤中的重金屬含量。結(jié)合JJF1059—1999《測(cè)量土壤中的重金屬含量不確定度評(píng)定與表示》標(biāo)準(zhǔn)，利用快速微波消解-原子熒光光譜法在150nm～350nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描。通過對(duì)相關(guān)物質(zhì)溶液的二極管陣列進(jìn)行測(cè)定，確定土壤中重金屬含量的測(cè)定波長(zhǎng)。通過檢驗(yàn)，得出圖1所示的結(jié)果。

圖1 土壤中重金屬含量原子熒光光譜波長(zhǎng)測(cè)定結(jié)果

通過圖1可以看出，在波長(zhǎng)為260nm位置上的紫外線吸收量最大，同時(shí)在260nm處，雜質(zhì)峰與主成分峰的響應(yīng)情況完全一致，因此，本文選擇將260nm的長(zhǎng)度作為土壤中重金屬含量的測(cè)定波長(zhǎng)長(zhǎng)度。

1.4 土壤中的重金屬離子交換平衡

以上文確定的土壤中的重金屬含量測(cè)定原子熒光光譜波長(zhǎng)為依據(jù)，進(jìn)行土壤中的重金屬離子交換平衡。

設(shè)其土壤中的重金屬離子交換選擇性系數(shù)為k，則有公式（1）。

公式（1）中，s指的是選擇的淋洗液內(nèi)部體積；w指的是離子交換劑交換容量。通過公式（1）可以看出當(dāng)淋洗液內(nèi)部體積增大時(shí)，土壤中的重金屬離子交換的選擇性系數(shù)也會(huì)隨之增大。因此，要盡可能的采用最低濃度的淋洗液才能提高土壤中的重金屬含量測(cè)定的速度。與此同時(shí)，在淋洗液濃度降低的情況下，土壤中的重金屬離子的導(dǎo)電性能也隨之降低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)離子交換平衡。

1.5 得出土壤中的重金屬含量測(cè)定結(jié)果

在實(shí)現(xiàn)離子交換平衡的基礎(chǔ)上，設(shè)土壤中的重金屬含量測(cè)定結(jié)果元素的異常下限為X，則有公式（2）。

公式（2）中，指的是土壤中的重金屬含量原子熒光光譜波吸收度波動(dòng)系數(shù)；K指的是土壤中的重金屬含量測(cè)定背景；S指的是土壤中的重金屬含量原子熒光光譜波吸收峰。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的曲線，以計(jì)算土壤樣品原子熒光光譜圖標(biāo)準(zhǔn)曲線平方差的方式依次進(jìn)行一階求導(dǎo)。則平方差的計(jì)算公式，如公式（3）所示。

公式（3）中，Q指的是土壤樣品原子熒光光譜圖標(biāo)準(zhǔn)曲線的平方差；n指的是原子熒光光譜點(diǎn)數(shù)，x1和x2指的是土壤樣品原子熒光光譜圖中兩個(gè)的標(biāo)準(zhǔn)色譜。在此基礎(chǔ)上，設(shè)土壤中的重金屬含量測(cè)定檢出限夾角為α，則有公式（4）。

在公式（4）中，指的是土壤樣品原子熒光光譜圖標(biāo)準(zhǔn)曲線條數(shù)，為實(shí)數(shù)。通過公式（4），得出土壤中的重金屬含量測(cè)定結(jié)果，如表3所示。

表3 土壤中的重金屬含量測(cè)定結(jié)果

結(jié)合表3所示，為本次土壤中的重金屬含量測(cè)定結(jié)果。在測(cè)定過程中，本文建議選取相對(duì)較低的濃度對(duì)土壤樣品離子進(jìn)行檢測(cè)。這樣一來，在保證土壤中的重金屬含量測(cè)定精度的同時(shí)，提高土壤中的重金屬含量測(cè)定的效率。

2 實(shí)例分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

設(shè)計(jì)實(shí)例分析，本次實(shí)驗(yàn)選取某銅礦周邊的重金屬污染土壤作為實(shí)驗(yàn)樣品，進(jìn)行針對(duì)土壤表層重金屬污染自然修復(fù)的試驗(yàn)研究。本次實(shí)驗(yàn)樣品中重金屬有效態(tài)含量的化學(xué)分析結(jié)果，如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)樣品化學(xué)分析結(jié)果

結(jié)合表4信息，實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑樽C明快速微波消解-原子熒光光譜法在土壤中的重金屬含量測(cè)定中的可行性。設(shè)計(jì)試驗(yàn)儀器具體工作條件，如表5所示。

表5 設(shè)計(jì)試驗(yàn)儀器工作條件

結(jié)合表5所示，本次實(shí)驗(yàn)測(cè)定土壤中的重金屬含量時(shí)，X光管電壓和電流分別為80kV，80mA，晶體為L(zhǎng)iF150，準(zhǔn)直器為200m。首先使用本文基于快速微波消解-原子熒光光譜法設(shè)計(jì)方法，測(cè)定土壤中的重金屬含量，通過黑盒工具-QAcenter測(cè)得測(cè)定殘差，記為實(shí)驗(yàn)組；再使用傳統(tǒng)方法，測(cè)定土壤中的重金屬含量，同樣通過黑盒工具-QAcenter測(cè)得測(cè)定殘差，記為對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為測(cè)試兩種方法的測(cè)定殘差，測(cè)定殘差越低證明測(cè)定精度越高。針對(duì)黑盒工具-QAcenter測(cè)得的測(cè)定殘差，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，共設(shè)置6次實(shí)驗(yàn)。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，測(cè)定殘差對(duì)比結(jié)果，如下表6所示。

表6 測(cè)定殘差對(duì)比結(jié)果

通過表6可知，本文設(shè)計(jì)方法土壤中的重金屬含量測(cè)定殘差明顯低于對(duì)照組，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語

本文通過實(shí)例分析的方式，證明了設(shè)計(jì)測(cè)定方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。因此，有理由相信通過本文設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)土壤中的重金屬含量測(cè)定中存在的殘差高的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對(duì)本次土壤中的重金屬含量測(cè)定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)一步提高土壤中的重金屬含量測(cè)定結(jié)果的可信度。這一點(diǎn)，在未來針對(duì)此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對(duì)土壤中的重金屬含量測(cè)定方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為提高土壤中的重金屬含量測(cè)定的質(zhì)量提供建議。