原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

鄔晨星，霍東旭，鄭培銘

（浙江仁欣環(huán)科院有限責(zé)任公司，浙江 寧波 315016）

在人類生產(chǎn)生活當(dāng)中，土壤是一項極為重要的生產(chǎn)資料。在農(nóng)業(yè)社會中，土壤為農(nóng)作物的生產(chǎn)提供了環(huán)境；而在工業(yè)社會中，土壤則為工業(yè)活動的開展創(chuàng)造了條件。在經(jīng)濟社會不斷發(fā)展的過程中，土壤環(huán)境的質(zhì)量每況愈下。一些工廠為了節(jié)約污水處理成本，會直接將污水排放至土壤當(dāng)中，這些污水會進入到生物圈的水循環(huán)系統(tǒng)，形成酸雨等自然災(zāi)害，導(dǎo)致土壤受到二次污染[1]。與此同時，為了滿足人們的建筑的多樣化需求，房地產(chǎn)行業(yè)快速崛起，大量的土地資源用于建造房屋，這使植被的面積減少，土壤的自我修復(fù)能力也隨之下降。通過有效的土壤環(huán)境監(jiān)測，可以了解土壤中的污染物質(zhì)，尤其是可以對重金屬的含量與形態(tài)進行檢測，在這個基礎(chǔ)上采取有效的措施來對土壤環(huán)境進行優(yōu)化。

1 原子吸收光譜法的常用類型

1.1 氫化物發(fā)生法

在土壤環(huán)境污染類型當(dāng)中，重金屬污染是最為常見的類型，這些重金屬會進入到植物體，并通過食物鏈的累積和富集作用對人體健康造成威脅。土壤當(dāng)中容易出現(xiàn)銫、硒、鉑、汞、砷等重金屬元素，這些元素比較容易產(chǎn)生陰離子。在這些離子的種類進行檢測的時候，可以使用氫化物發(fā)生法。在檢測之前，首先要使用硼氫化鈉來對土壤進行預(yù)處理。硼氫化鈉具有較強的還原性，能夠?qū)⑼寥喇?dāng)中重金屬元素進行還原，使其以陰離子的形態(tài)存在，并與硼氫化鈉當(dāng)中的離子相互結(jié)合，形成氣態(tài)氫化物。在土壤環(huán)境監(jiān)測實踐當(dāng)中，工作人員還會通過流動注射氫氧化物的形式來將河流中的沉積物和砷元素吸收。在實際應(yīng)用的過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，氫化物反應(yīng)法在土壤環(huán)境監(jiān)測當(dāng)中表現(xiàn)出了快速、高效的特點，各項操作也比較便捷，在準(zhǔn)確度和精密度方面也符合實際需要，不僅可以對土壤環(huán)境當(dāng)中重金屬元素的種類進行分析，還可以對各類元素的具體含量進行測量。

1.2 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法的特點是在可以電流的作用下進行原子化加熱，最終對土壤環(huán)境進行分析和監(jiān)測。在實際應(yīng)用的過程中，工作人員會在水平方向上對水墨爐進行均勻地加熱，這可以降低溫度分布不均勻問題發(fā)生的頻率，同時提高原子化的效率，更好地對元素原子化進行分析[2]。該方法在實際應(yīng)用的過程當(dāng)中展現(xiàn)出了以下幾個優(yōu)勢。第一，石墨爐原子吸收光譜法的操作過程比較簡單，石墨爐的結(jié)構(gòu)也并不復(fù)雜。第二，實驗過程表現(xiàn)出了較高的安全度和靈敏度。與傳統(tǒng)的火焰原子光譜法相比，該方法的進樣量更少，同時可以根據(jù)實際情況來調(diào)節(jié)原子化溫度。但與此同時，該方法也有一定的不足。第一，石墨爐原子吸收光譜法的應(yīng)用會增加土壤環(huán)境監(jiān)測的費用；第二，檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度并不高，尤其是在信號重現(xiàn)性方面表現(xiàn)出了一定的不足；第三，實驗檢測的速度比較慢，難以在快速檢測活動當(dāng)中應(yīng)用；第四，如果土壤樣品成分比較復(fù)雜的話，在檢測的過程當(dāng)中可能會出現(xiàn)背景吸收干擾的問題，這會對土壤環(huán)境監(jiān)測的結(jié)果造成不良影響。

1.3 火焰原子吸收光譜法

在面對異原子化元素的時候，可以使用火焰原子吸收光譜法進行檢測。在檢測的過程當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，該方法可以將那些已經(jīng)存在的元素靈敏地檢測出來。與其他的原子吸收光譜法相比，該檢測方法最大的優(yōu)勢就在于檢測成本低，重現(xiàn)性比較高。與此同時，火焰原子吸收光譜法的可操作性比較強，檢測的速度也是比較快的，可以滿足基本的檢測需求，因此它在土壤環(huán)境監(jiān)測當(dāng)中的應(yīng)用頻率也是最高的。

2 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 選擇性強

眾所周知，土壤環(huán)境當(dāng)中存在很多不同類型的原子，其中有很多原子是共存的，它們難以被分離。即使運用一定的手段和方法，也難以將這些元素從土壤當(dāng)中完全地剝離開來，這是土壤環(huán)境監(jiān)測過程當(dāng)中需要解決的一個重要問題，會對監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。而原子吸收光譜法的應(yīng)用就可以有效解決這一問題。這是因為原子吸收光譜法具有較強的選擇性，在面對共存原子的時候可以將其分離。即使無法分離，也可以對共存原子當(dāng)中有檢測需要的原子進行檢測。與其他類型的光譜相比，原子吸收光譜是基于原子層面的，光譜直徑比較小，譜線受干擾的可能性也比較低。在發(fā)揮作用的過程當(dāng)中，這些譜線通常只會在主線系發(fā)生改變。與發(fā)射譜線相比，干擾線與譜線之間基本不會重疊，這決定了光譜在保持較高選擇性的同時可以避免受到干擾。在土壤環(huán)境監(jiān)測的時候，即使無法將鄰近譜線徹底進行區(qū)分，原子吸收光譜也可以準(zhǔn)確地對原子進行分析。

2.2 靈敏度高

在目前所使用的原子檢測方法當(dāng)中，原子吸收光譜法是靈敏度最高的方法。在土壤環(huán)境監(jiān)測的過程中，面對大多數(shù)元素，該方法都可以達到ppm級別，這使原子分析變得更加簡單，可操作性也更強，元素測定和分析的時間也可以被縮短，檢測的速度和效率得到了明顯提升?；诟哽`敏度，在土壤環(huán)境監(jiān)測的過程中只需要少量的樣本數(shù)量，這減少了進樣，同時縮減了采樣的成本[3]。與此同時，土壤采樣是一項最基礎(chǔ)的工作，但在很多情況下采樣人員需要面對危險的地勢，這使土壤采樣的難度增加，采樣的數(shù)量比較少，最終導(dǎo)致檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性難以得到保障。在原子吸收光譜法的支持下，即使面對較少的樣本數(shù)量也可以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性?；诟哽`敏度的特定，可以對有限的進樣進行分析，在面對微量、痕量甚至是超痕量的時候，原子吸收光譜法都可以表現(xiàn)出較高的靈敏性，提高了土壤環(huán)境分析的效率。

目前，原子吸收光譜法可以對73種常見元素進行檢測，元素的分布范圍具有較高的廣泛性，對于土壤環(huán)境監(jiān)測當(dāng)中常見的元素種類，該方法可以有效地進行檢測。尤其是在面對成分復(fù)雜的土壤樣品時，分析范圍廣的原子吸收光譜表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢。除了固態(tài)的樣品之外，原子吸收光譜法在面對液態(tài)樣品和氣態(tài)樣品的時候也表現(xiàn)出了較高的準(zhǔn)確性?；谶@一特性，在進行土壤環(huán)境監(jiān)測的時候，可以直接將采集到的土壤作為樣品，不需要對其進行稀釋，這使檢測過程變得更為便捷和高效。除了對金屬元素進行測定之外，原子吸收光譜法在面對非金屬元素的時候也可以做到準(zhǔn)確檢測，能夠通過間接測定法將元素的種類和含量檢測出來。由此可見，在面對不同性質(zhì)、不同形態(tài)以及不同量級元素的時候，原子吸收光譜法都能表現(xiàn)出適用性。在土壤環(huán)境監(jiān)測當(dāng)中運用這種方法，可以對其中的物質(zhì)進行有效分析，為環(huán)境保護方案的制定提供支持。

3 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 樣品處理與測量

3.1.1 樣品處理

在對土壤環(huán)境全量元素進行分析之前，要先對樣品進行一系列的處理。具體來說，工作人員要通過消化、熔融等形式將土壤當(dāng)中礦物質(zhì)的晶格破壞掉，然后將其中的待測元素轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的溶液中去。目前，樣品處理系統(tǒng)主要包含堿溶系統(tǒng)和酸溶系統(tǒng)這兩種。在堿溶系統(tǒng)當(dāng)中，主要是利用碳酸鉀、碳酸鈉以及氫氧化鈉的堿性物質(zhì)來對土壤樣品進行處理；而在酸溶系統(tǒng)當(dāng)中，則主要是運用氫氟酸、硫酸、高氯酸等酸性物質(zhì)來進行處理[4]。與堿溶系統(tǒng)相比，酸溶系統(tǒng)的應(yīng)用率更高，工作人員可以根據(jù)實際檢測需要，選擇兩種或者多種酸進行搭配來進行樣品處理。在具體操作的過程中，可以基于氫氟酸將樣品晶格破壞，然后使用硝酸使樣品被溶解，使其實現(xiàn)由固態(tài)到液態(tài)的轉(zhuǎn)變，這可以提高原子吸收光譜法應(yīng)用的有效性。

3.1.2 樣品測量

在對土壤樣品進行測量的時候，要想對待測液的成本進行分析，將其中的有效元素提取出來。其中，鎂元素、鉀元素以及鈣元素等幾種元素可以直接進行測量。利用空氣—乙炔火焰，可以得到各種元素的具體含量。而對于那些有效態(tài)元素，比如鐵元素、鋅元素以及錳元素等，可以使用一次性浸提劑來進行測量。同時，還可以對元素的酸堿度進行測定，將樣品當(dāng)中的金屬元素提取出來，然后再次使用空氣—乙炔火焰來對元素的含量進行測定。

3.2 干擾處理

雖然原子吸收光譜法的靈敏度比較高，但在實際應(yīng)用的過程當(dāng)中也經(jīng)常會受到外界元素的干擾。在不排除干擾的情況下，測量的結(jié)果可能會出現(xiàn)誤差，準(zhǔn)確性受到影響。為了解決這一問題，就要對土壤環(huán)境監(jiān)測過程當(dāng)中的干擾因素進行處理。其中最為常見的干擾因素就是光譜，如果待測元素分線與共存元素吸收線比較接近的話，光譜就會在整個檢測的過程中造成干擾。為了削弱或者避免這種干擾，需要重新選擇分析線，避免出現(xiàn)波長相近的現(xiàn)象。除了光譜干擾之外，電離干擾也經(jīng)常會出現(xiàn)。尤其是在土壤環(huán)境當(dāng)中存在較多堿土金屬或者堿金屬的情況下，原子吸收光譜法就容易受到電離干擾?；陔婋x干擾，特定波長無法被吸收，最終會影響測試結(jié)果。為了消除這種干擾，可以使用火焰法來對元素含量進行測量，但在這個過程中要注意選擇溫度比較低的火焰。

3.3 污染元素分析評價

土壤環(huán)境監(jiān)測的目的是了解區(qū)域內(nèi)土壤的受污染情況，同時基于其中含量比較高的幾種污染元素有針對性地制定相應(yīng)的處理方案，這樣可以使環(huán)境保護工作的開展變得更為有效。因此，在使用原子吸收光譜法將土壤環(huán)境當(dāng)中污染性元素的種類、含量以及形態(tài)等檢測出來之后，還要對這些元素進行分析與評價，基于客觀數(shù)據(jù)了解土壤環(huán)境的污染狀況和污染程度，同時確定不同元素的具體分布和所占比例。對于那些分布范圍廣、所占比例高的污染性元素，可以作為污染控制與處理的重點，在這個基礎(chǔ)上對污染處理方案進行優(yōu)化[5]。除此之外，通過對原子吸收光譜法測量結(jié)果的結(jié)構(gòu)進行分析，在這個基礎(chǔ)上結(jié)合實際情況對污染的原因進行分析。比如對于靠近工業(yè)園區(qū)的樣區(qū)，通過檢測發(fā)現(xiàn)土壤環(huán)境中存在嚴(yán)重的重金屬污染，這是工業(yè)廢渣和廢氣沒有按照規(guī)定進行排放所導(dǎo)致的，對周圍生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了重要的影響，同時對人類的健康造成了威脅。在這個基礎(chǔ)上，還可以結(jié)合不同污染元素的比例來制定相應(yīng)的環(huán)境保護措施，對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)進行調(diào)整。除了對已經(jīng)存在的污染進行處理之外，土壤環(huán)境問題的改善還需要社會各界的共同努力，要對當(dāng)前的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)進行調(diào)整，對經(jīng)濟發(fā)展模式進行改善，從多個層面來減少環(huán)境污染的程度，規(guī)避土壤污染的現(xiàn)象。

4 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用的發(fā)展趨勢

4.1 完善土壤環(huán)境監(jiān)測人才隊伍的建設(shè)

在市場經(jīng)濟快速發(fā)展的背景下，人才的重要性越來越突出。各行各業(yè)都缺乏專業(yè)化和高素質(zhì)的人才。在土壤環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，專業(yè)人才短缺也是行業(yè)發(fā)展的重要制約因素。在未來發(fā)展的過程當(dāng)中，除了要對原子吸收光譜法及相關(guān)技術(shù)手段進行創(chuàng)新之外，還要完善人才隊伍的建設(shè)，做好人才培訓(xùn)，提高人才素質(zhì)。原子吸收光譜法在實際應(yīng)用的過程當(dāng)中表現(xiàn)出了較高的復(fù)雜性，對人才的技術(shù)和能力提出了較高的要求。如果操作人員沒有掌握完善的技能，相關(guān)工作開展的有效性也將會受到影響。這要求相關(guān)部門通過系統(tǒng)化培訓(xùn)的形式來幫助人員提高素質(zhì)，使他們在掌握先進理論知識的基礎(chǔ)上實現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新[6]。除此之外，土壤環(huán)境監(jiān)測部門還要構(gòu)建起一個完善的人力資源管理體系，在其中明確人才隊伍建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，降低問題發(fā)生的概率，將影響檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的因素進行消除。

4.2 增加原子吸收光譜資金的投入

在土壤環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域當(dāng)中已經(jīng)出現(xiàn)了多種不同類型的原子吸收光譜法，這些方法各具特色，在實際應(yīng)用的過程中表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性，但同時也暴露出了一定的不足。在未來，國家要增加在原子吸收光譜方面的資金投入，為技術(shù)的優(yōu)化和創(chuàng)新提供資金保障，吸引更多優(yōu)秀人才的加入，提高土地管理的有效性，同時為生態(tài)環(huán)境提供保護。對于土壤環(huán)境監(jiān)測部門來說，要充分利用政府支持資金來做好技術(shù)的研發(fā)，解決當(dāng)前生產(chǎn)活動當(dāng)中存在的環(huán)境污染問題。最后，政府部門還要在參考國外先進經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國實際情況，對土地管理制度進行完善，在推動經(jīng)濟發(fā)展的同時實現(xiàn)與環(huán)境和資源的相互協(xié)調(diào)。

5 結(jié)語

綜上所述，在經(jīng)濟建設(shè)和社會發(fā)展的過程中，土壤是一項最為基本和也是最為重要的資源類型，這是人類賴以生存的基礎(chǔ)。近年來，土壤污染和破壞的問題越發(fā)嚴(yán)重，做好土壤環(huán)境監(jiān)測具有十分現(xiàn)實的意義。在這個過程中，原子吸收光譜法是重要的技術(shù)手段，表現(xiàn)出了較強的選擇性、較高的靈敏度和較廣的分布范圍。在應(yīng)用該方法進行土壤環(huán)境監(jiān)測的時候，首先要對樣品進行處理和測量，其次要做好干擾處理的工作，最后還要對污染元素進行分析評價。