原子吸收光譜法在土壤微量元素測試中的應(yīng)用

陳玲

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局103地質(zhì)大隊(duì) 銅仁 554300）

1 序言

從人類文明與生態(tài)環(huán)境之間的演化關(guān)系來看，隨著我國做出“五位一體”總體布局，這標(biāo)志著中國特色社會(huì)主義事業(yè)發(fā)展已經(jīng)從工業(yè)文明階段逐漸步入生態(tài)文明階段，迫使社會(huì)活動(dòng)必須從征服自然向恢復(fù)自然轉(zhuǎn)變。土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，對于土壤的調(diào)查研究也就成了人類恢復(fù)自然中最棘手、最重要的部分。

近年來，貴州省委省政府提出“守好地潔底線，讓土壤常凈”和“加快推進(jìn)現(xiàn)代山地特色高效農(nóng)業(yè)發(fā)展”的要求，同時(shí)提出了土地污染防治行動(dòng)計(jì)劃和耕地質(zhì)量保護(hù)與提升計(jì)劃，總體部署了以縣級為單位的耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價(jià)工作，作者有幸參與了該項(xiàng)目中的分析測試工作，現(xiàn)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)的認(rèn)識和看法，淺析原子吸收光譜法在土壤微量元素測試中的應(yīng)用情況，同時(shí)對現(xiàn)階段該實(shí)驗(yàn)測試方法所存在的不足進(jìn)行討論，并提出簡單的建議，僅供同行參考。

2 原子吸收光譜法概述

原子吸收光譜法也稱原子吸收分光光度法，是目前測定痕量和超痕量金屬元素含量效果最好的方法，其測試原理是基于金屬元素原子譜線的差異性，其測試結(jié)果是定量的[1]。

原子吸收光譜法的理論基礎(chǔ)是澳大利亞物理學(xué)家瓦爾西（Walsh）1955年提出的，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的不斷試驗(yàn)運(yùn)用，其具有測定準(zhǔn)確度高、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、儀器設(shè)備簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)階段可測定70 多種元素，在化工、生物、環(huán)境等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，同時(shí)其可供選擇的試驗(yàn)操作方法也是多種多樣。

結(jié)合在耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價(jià)項(xiàng)目中實(shí)際分析測試工作，通過對土壤樣品的前處理方法、原子吸收光譜定量方法和檢測方法的選擇，以及測試結(jié)果與討論等方面內(nèi)容的闡述，分析原子吸收光譜法在該項(xiàng)目中具體應(yīng)用情況。

3 土壤樣品的前處理方法

樣品處理是測試工作的重要步驟，恰當(dāng)、合理的樣品處理方法是保證測試成功的重要前提；同樣，土壤微量元素測試之前必須進(jìn)行樣品處理，即樣品前處理。樣品前處理的方法較多，但隨著科技的不斷進(jìn)步，以往的處理方法逐步被新的、更精準(zhǔn)的方法所代替。總的來說，目前業(yè)內(nèi)常用的土壤樣品的前處理方法主要有電熱板濕法消解、干灰化法、微波消解、懸浮液技術(shù)、超聲波輔助技術(shù)等，其中，微波溶樣技術(shù)（微波消解）是最近幾年發(fā)展起來并廣泛被大家接受和使用，同時(shí)在本項(xiàng)目實(shí)際開展過程中也是采用該方法。

微波消解方法與傳統(tǒng)的樣品前處理方式相反，傳統(tǒng)的方式是通過傳導(dǎo)加熱，而微波消解法是一種內(nèi)加熱，樣品與試劑混合物在微波的作用下，通過吸收微波能而進(jìn)行深層加熱，加熱的時(shí)間明顯縮短，并可以在短時(shí)間內(nèi)使樣品達(dá)到高溫，最終使測試樣品得以快速分解，大大的減少了溶樣的時(shí)間，減少了測試工作的周期，顯著提高了測試工作的效率。此外，微波消解法還有另外一個(gè)重要的優(yōu)點(diǎn)，因測試工作是在封閉的容器中進(jìn)行，可以最大程度地避免樣品中待測金屬元素的損失（尤其是易揮發(fā)元素），大大地提高了測試結(jié)果的精度。部分學(xué)者曾將微波消解法與標(biāo)準(zhǔn)法中濕法溶樣進(jìn)行對比研究，如楊啟霞等采用上述兩種方法對土壤中的鉛、鎘元素進(jìn)行同步測定，微波消解法對樣品的前處理方式是在微波消解的基礎(chǔ)上再進(jìn)行電熱板加熱驅(qū)酸，經(jīng)測試數(shù)據(jù)分析處理，顯示10 次平行試驗(yàn)測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于4.8%，微波消解法的加標(biāo)回收率分別為96.1%～102.3%，而標(biāo)準(zhǔn)法的加標(biāo)回收率為94.0%～98.7%；因此，不管是在測試結(jié)果的精度還是回收率上微波消解法均顯示了較明顯的優(yōu)勢，而且微波消解法的測試速度明顯更快[2]。

4 原子吸收光譜的定量方法

目前，原子吸收光譜的常用定量分析方法有標(biāo)準(zhǔn)曲線法、標(biāo)準(zhǔn)加入法。

（1）標(biāo)準(zhǔn)曲線法

用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配制一組合適的標(biāo)準(zhǔn)溶液，由低濃度到高濃度一次測定標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度Ai為縱坐標(biāo)，待測元素的濃度Cj為橫坐標(biāo)，并繪制A-C標(biāo)準(zhǔn)曲線。同樣的測定條件下，測定待測試樣試液的吸光度值A(chǔ)x，由標(biāo)準(zhǔn)曲線求得待測試樣溶液中被測元素的濃度Cx。以往眾多的測試結(jié)果表明，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)溶液組成越接近待測樣品溶液組成時(shí)，測試結(jié)果的準(zhǔn)確性就越高；此外，前人研究表明，吸光度在0.1-0.5 之間時(shí)測光誤差較小，故測試時(shí)應(yīng)注意選擇合適的濃度范圍，以達(dá)到減少誤差、提高測試精度的目的。

（2）標(biāo)準(zhǔn)加入法

該方法是專門針對待測樣品中目標(biāo)金屬元素含量較少、基體成分復(fù)雜且難于配制合適的標(biāo)準(zhǔn)溶液的樣品而專門設(shè)計(jì)的方法，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于其自動(dòng)的基體匹配，并可達(dá)到物理、化學(xué)干擾的目的，可顯著提高測定結(jié)果的精度。該方法通過建立吸光度A對濃度C之間關(guān)系，然后在A-C圖中讀出待測溶液的濃度。

5 原子吸收光譜的檢測方法

原子吸收光譜檢測方法較多，根據(jù)不同方法的特點(diǎn)及理論依據(jù)，目前可大致分為火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法和氫化物發(fā)生法；其中，第一種方法目前應(yīng)用最為廣泛。

火焰原子吸收光譜法主要適用于易原子化的元素，對大多數(shù)元素有較高的靈敏度和檢測極限，而且對于其他兩種方法，該方法具有較多的優(yōu)點(diǎn)，如檢測速度快、成本低、重現(xiàn)性好、易于操作等[3]。目前，國內(nèi)在實(shí)驗(yàn)室使用最多的是空氣-乙炔火焰，但由于它的火焰溫度相對較低，當(dāng)遇到難熔氧化物以及沸點(diǎn)和熔點(diǎn)較高的元素時(shí)，其火焰溫度難以達(dá)到測試效果。針對上述空氣-乙炔火焰的這一缺陷，國外學(xué)者Fassel[4]設(shè)計(jì)了預(yù)混合氧-乙炔火焰以及Stephens[5]設(shè)計(jì)了氧屏蔽空氣-乙炔火焰，以達(dá)到提高火焰溫度的目的；1965 年Willis 提出將氧化亞氮-乙炔火焰應(yīng)用于原子吸收，其溫度可達(dá)到3000℃左右，解決了上述部分高溫元素難以原子化的問題，而且對于原子化效率的提高也較為顯著[6]。但火焰原子化技術(shù)也有不足之處，主要是由于霧化效率和原子化效率較低，導(dǎo)致樣品測定的定量分析還處于ppm 量級，對少部分元素來說其檢出限較高、靈敏度低，而部分土壤樣品中本身待測元素含量較低（如某些痕量元素），故導(dǎo)致該方法不能對其進(jìn)行直接的定量測定。因此，火焰原子吸收光譜法也存在一定的局限性。

6 測試結(jié)果與評價(jià)

選取同一土壤樣品，進(jìn)行重復(fù)分析測定11次，結(jié)果表明，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在5%以下，其中錳為3.8%、鐵為2.3%、銅為4.7%、鋅為3.6%（表1），可見本法精密度較好。

表1 微量元素測定平行樣結(jié)果表

用土壤樣品，按分析方法程序進(jìn)行操作，測得回收率錳為96%～103%、鐵為99%～103%、銅為95%～103%、鋅為97%～104%（表2-表5）。

表2 錳的加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果表

表3 鐵的加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果表

表4 銅的加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果表

表5 鋅的加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果表

7 結(jié)語

本文主要闡述了原子吸收光譜法在土壤樣品測試方面的應(yīng)用，對微波溶樣技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法、火焰原子吸收光譜法進(jìn)行了簡要介紹，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，以土壤中錳、鐵、銅、鋅四種微量元素為例，其平行試驗(yàn)測定結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均＜5%，加標(biāo)回收率在95%～104%之間。綜上，原子吸收光譜法能夠滿足小型實(shí)驗(yàn)室的檢測要求，對土壤中的錳、鐵、銅、鋅等元素的測定較為方便快捷，而且測定結(jié)果準(zhǔn)確性較高。

現(xiàn)階段原子吸收光譜法還存在一些不足之處，主要有以下幾點(diǎn)：（1）不能同時(shí)進(jìn)行多元素分析；（2）不能對磷、硫等共振線處于真空紫外區(qū)域的元素進(jìn)行測定；（3）標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的線性范圍窄，在高背景低含量樣品測定中，精密度下降。