原子吸收光譜法在測定水中重金屬的應用探究

摘要：原子吸收光譜法（AAS）又稱原子分光光度法，通過利用原子可以吸收一定波長光輻射的特點，使原子中外層的電子從基態躍遷到激發態，在這一過程中可以用原子吸收光譜儀對特征譜線的減弱程度進行定量分析。由于該種測量方法具有靈敏度高、選擇性強、分析范圍廣等特點，因此在測定水中重金屬離子種類、含量等方面有廣泛應用。文章首先概述了原子吸收光譜法的應用原理和儀器功能，隨后就利用原子吸收光譜法測定水中重金屬含量的具體操作步驟展開了分析，最后結合實驗效果，分別從儀器裝置、樣品處理等方面提出了幾點改進建議。

關鍵詞：原子吸收光譜法；基本原理；儀器設備；改進方案

中圖分類號：X83 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2018）03-0112-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.065

Abstract： Atomic absorption spectroscopy （AAS）， also known as atomic spectrophotometry， utilizes the fact that atoms can absorb light of a certain wavelength to cause the electrons in the outer and middle layers to transition from the ground state to the excited state. In this process， atoms Absorption spectrometer quantitative analysis of the degree of attenuation of the characteristic spectrum. Due to its high sensitivity， high selectivity and wide range of analysis， this kind of measurement method is widely used in the determination of kinds and contents of heavy metal ions in water. The article first outlines the application principle and instrument function of atomic absorption spectrometry， and then analyzes the specific operation steps of using atomic absorption spectrometry to determine the content of heavy metals in water. Finally， according to the experimental results， Some suggestions for improvement.

Key words： Atomic absorption spectrometry； Basic principle； Equipment； Improvement plan

水資源的重金屬污染不僅會降低水質，破壞水生態環境，而且這些重金屬還能夠在水生生物體內聚集，通過食用嚴重影響人體健康安全。近年來，隨著人們環保意識的增強，對重金屬污染水資源的檢測力度不斷增強。但是由于重金屬離子的種類豐富且相互間容易發生化學反應，給檢測工作帶來很大難度。原子吸收光譜法在測定水中重金屬含量、成分等方面得到了廣泛應用[1]。該種方法具有靈敏度高、重復性好、抗干擾能力強等特點，具有良好的推廣應用效果。

1 原子吸收光譜法的測定原理

原子吸收光譜法（AAS）是利用氣態原子可以吸收一定波長的光輻射，使原子中外層的電子從基態躍遷到激發態的現象而建立的。由于各種原子中電子的能級不同，將有選擇性地共振吸收一定波長的輻射光，這個共振吸收波長恰好等于該原子受激發后發射光譜的波長。當光源發射的某一特征波長的光通過原子蒸氣時，即入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態躍遷到較高能態（一般情況下都是第一激發態）所需要的能量頻率時，原子中的外層電子將選擇性地吸收其同種元素所發射的特征譜線，使入射光減弱[2]。特征譜線因吸收而減弱的程度稱吸光度A，在線性范圍內與被測元素的含量成正比：A=KC

式中K為常數；C為試樣濃度；K包含了所有的常數。此式就是原子吸收光譜法進行定量分析的理論基礎由于原子能級是量子化的。除此之外，我們還知道不同的原子對于輻射也會有一定的選擇性，并且在原子狀態發生轉變（基態躍遷為激發態）時，還會從外界吸收一定的能量。這樣一來，我們可以根據離子吸收能量的多少判斷吸收輻射強度，進而判定微量重金屬元素具體含量，這種測定方法在一些重金屬離子含量較少、且對測定結果進度要求較高的試驗中較為常見。

2 原子吸收光譜分析儀器的組成

目前市面上銷售的原子吸收光譜儀根據光譜種類的不同，可分為單光束和雙光束兩大類，兩種類型的儀器在內部主體結構上具有較大的共性，主要的功能性結構包括光源、原子化系統、分光系統和檢測系統四大模塊。

2.1 光源

水中重金屬以離子形式存在，不同金屬離子對于光源發出特征光的吸收能力有很大差異，通過捕捉和分析這些信號，將其轉化為計算機可識別的電信號，然后進行高精度處理，最終測量出水中各類金屬離子的含量。因此，在利用原子吸收光譜儀進行重金屬檢測時，對于光源的具體性能也提出了嚴格要求：首先，光源所發出的共振輻射寬度必須低于吸收線的寬度，可以減少檢測結果的誤差；其次，要求光源穩定性好，一般來說需要至少在20-30min內不發生漂移；再次，為了順利完成檢測過程，使用壽命需要不低于8h。

2.2 原子化器

原子化系統是整個系統的核心組成部分，原子化器的工作效率將會對最終的檢測結果產生直接影響。原子化器的功能是提供穩定的能量，保證所取的試驗水樣品能夠盡快地蒸發、干燥、原子化。然后將原子化的樣品進行分析、測定。根據對測定結果要求的不同，現階段可供選擇的原子化器種類有四種，分別是火焰原子化器、石墨爐原子化器、冷蒸汽原子化器以及氫化物發生原子化器[3]。

2.3 檢測系統

將原子化器測得的數據傳輸到檢測系統中，對水中各類重金屬的含量給出一個定量的檢測結果，直觀的反映出水中各類重金屬離子的濃度。

3 原子吸收光譜法測定水中重金屬含量的應用

3.1 直接測定法

用取樣容器取一定體積的樣品水溶液，將其放置實驗環境內，使用電磁爐對樣品進行加熱，使水溶液中的鋅、鐵、銅等金屬離子濃縮15倍，鎳、鎘重金屬離子濃縮100倍。將濃縮后的溶液用空心陰極燈照射，然后運用儀器收集水溶液中各重金屬離子的吸光度。用火焰原子吸收光譜法測定地表水中鉀、鈉、鈣、錳和鋅含量，以相應元素的空心陰極燈為光源，空氣-乙炔火焰，測定Zn時用（1+1）硝酸酸化至pH≤2.0，測鉀時在水樣中加入適量NaCl以減少電離干擾，各元素的回歸方程的相關系數均達到0.99，Mn和Zn的RSD分別為1.61%、2.56%。

3.2 原子吸收光譜法的改進

新技術的應用和設備的革新是不斷提高檢測精讀的有效方法，尤其是隨著計算機分析和數據獲取能力的不斷提升，為原子吸收光譜法的優化提供了一些借鑒。（1）儀器裝置的改進。早期的原子吸收光譜儀需要人工進行樣品處理，包括對樣品中含有殘渣的處理、儀器的清洗等。由于人工處理存在一定的誤差，因此很有可能影響最終的測量結果。近年來，日本、德國等推出了一種自動進樣器，可以根據設定的標準值自動完成清潔處理、樣品稀釋和自動清潔等。以火焰原子吸收分析技術為例，在進行儀器裝置改良后，其測定結果的靈敏度可以提高2個數量級，并且實現了原子與離子兩種物質狀態的獨立檢測。（2）樣品的預處理。在取得試驗水樣品后，為了排除無關要素的干擾，需要對水樣品進行預處理，這也是水中重金屬測定的第一個環節。樣品預處理分為物理處理和化學處理兩種：物理處理就是對所取樣品進行過濾，篩除水中的固體懸浮顆粒以及水生生物等；化學處理包含兩步，第一步是向實驗水樣品中加入高氯酸，反應時間控制在40min左右，第二步是采用微波消解技術，可以在保證樣品成分不受到影響的前提下，避免金屬元素的損失[4]。（3）共存組分的干擾和抑制。對試驗水樣品進行處理的過程中，內部的一些離子不可避免會發生化學反應，生成更加穩定的化合物，并導致物質的量的變化。由于這種干擾的存在，使得測定結果要比實際值更低。因此，必須要盡可能地消除這些干擾，防止各種離子相互反應。

現階段常用的干擾抑制方法有兩種：一是向樣品溶液中加入一定量的抑制劑，優先與非金屬離子發生化合反應，讓金屬離子失去反應的游離陽離子，以便于準確測定；二是更改原子化的外部條件，如通過升高試驗溫度的方式，使一些原本聚合的離子重新解離，保持原狀態。

4 結語

水資源的重金屬污染對生態環境以及人的健康造成嚴重威脅。而水資源中的重金屬離子種類多，且相互之間容易發生反應，極易對最終的實驗測定結果造成干擾。原子吸收光譜法具有抗干擾能力強、靈敏度高等特點，通過改良后可以滿足檢測需要，從而為下一步進行重金屬離子的針對性處理提供了參考。

參考文獻

[1]馮新斌，張洪冰.兩次金汞齊—冷原子吸收光譜法測定雨水中不同形態汞[J].環境化學，2016，（04）：388-392.

[2]肖珊美，陳建榮，沈玉勤.雙硫腙濁點萃取--石墨爐原子吸收光譜法測定環境水樣中痕量鉛的研究[J].光譜學與光譜分析，2016，26（5）：955-958.

[3]陳建榮，林建軍.濁點萃取--火焰原子吸收光譜法測定水樣中痕量銅的研究[J].分析試驗室，2012，21（5）：86-89.

[4]楊琳.濁點萃取-火焰原子吸收光譜法分析環境樣品中不同形態的Cr、Mn、Co和Cu[D].河南：鄭州大學，2013.

收稿日期：2018-1-24

作者簡介：唐姣榮（1981-），女，碩士研究生，工程師，研究方向為水質檢測。