原子吸收光譜法在土壤環境監測中的運用

文_劉波 淮安市中證安康檢測有限公司

近幾年來，隨著我國工業和農業快速發展，污染物通過不同的途徑進入到土壤內，導致土壤污染日益加重，尤其是重金屬污染，不僅容易積累，而且很難察覺與降解，成為國內外相關學者關注的焦點。為進一步了解土壤內所含重金屬元素的種類，確定污染程度，建議采用原子吸收光譜法做為現階段土壤環境監測主要技術方法。

1 原子吸收光譜法原理

原子吸收光譜法是20世紀50年代中期被提出并不斷應用和發展的方法，它將物質原子蒸氣和待測元素之間的相互作用作為基礎來實現定量分析。基于待測元素自身波長，對試樣原子蒸氣所吸收的輻射予以測量，然后通過計算確定待測元素實際含量大小。

一般而言，原子都處在基態，如果特征輻射從原子蒸汽中通過，則原子將在輻射當中吸收大量的能量，從原本的基態變為激發態，大多是第一激發態完成共振吸收，得到光譜。該方法的優勢十分顯著，包括不會受到太大的干擾、結果準確、適用范圍廣泛和靈敏度較高。

2 檢測方法

2.1 火焰原子吸收光譜法

該方法現階段應用比較廣泛，在原子吸收中使用氧化亞氮與乙炔火焰時，其溫度滿足要求，除了能解決沸點和熔點均較高的元素原子化問題，還能提升實際的原子化效率，減少化學干擾。但這種方法易受到霧化效率及原子化效率等因素的影響，導致它的定量分析還停留在ppm級，靈敏度有待提升，對目標元素含量相對較低的樣品還不能做到直接測定。

2.2 石墨爐原子吸收光譜法

該方法是指將石墨作為原子化器，通過電流加熱對元素進行原子化。這項技術的應用有效提高實際的原子化效率，分析靈敏度與火焰原子化相比得到大幅提高。該方法進樣數量相對較少，通常該只需5～100μL即可完成1次完整的測定；能對原子化時的溫度進行自由調節；整個試驗操作中都有著很高的安全系數。然而，也存在一些缺點，如分析范圍相對較小、測定需要較長的時間、成本高、精度有待提升、重現性比火焰法差等，有時會因為樣品基體復雜程度較高導致背景對吸收造成很大干擾，進而影響到最終的測定結果。

2.3 氫化物反應法

該方法最大的特點在于靈敏度極高，主要對容易產生氫化物的元素進行檢測，如對使用火焰法進行測定靈敏度低無法達到要求的鉍、鍺、汞、鉛、砷、銻、錫、硒等元素的檢測，不僅能實現對元素和基體之間的分離，還進樣效率教高，可達到100%。同時，借助該方法還可以對土壤中砷元素與河流沉積物當中汞元素實際含量進行檢測，砷元素檢出限、精密度、準確度都能達到要求；汞元素的檢出限、精密度、準確度同樣可以達到要求。

3 樣品處理

樣品處理對原子吸收光譜而言至關重要，采用簡單且有效的處理方法是相關工作人員的重要任務。可用于樣品處理的方法有很多，以下提出三種目前較為常用的方法。

3.1 濕法消解

首先，稱取樣品放在消解罐當中，添加混合酸后利用電熱板開始加熱消解，其中混合酸常用類型包括三種：一是鹽酸硝酸、氫氟酸和高氯酸的混合酸；二是硝酸、氫氟酸和高氯酸的混合酸；三是硝酸、硫酸和磷酸的混合酸。這一處理方法是現在最為常用，同時也是最傳統的處理方法，其優勢是操作簡單、容易控制，缺點是在消化時需要很長的時間。因此，在樣品消化時，需添加一定量濃度極高的強酸，由于試劑的體積很大，容易帶入一定量的雜質，所以會對測定結果造成影響，并且消化時還會有酸性氣體產生，危害檢測人員身體健康與環境。

3.2 干灰化法

首先，稱取樣品放在坩堝當中，利用可調節式的電爐以小火使樣品碳化，然后采用馬弗爐以550℃的溫度連續灰化8～10h的時間，直到樣品變成灰白色，待樣品自然冷卻后使用稀酸將灰分溶解。該方法基本上能處理任何一種樣品，和濕法消解相比，不需要使用很多試劑，避免了雜質引入，但消解需要很長的時間，其稱樣量也相對較大，灰化時元素容易損失，一旦操作不當，極易導致樣品被污染。

3.3 微波消解法

微波消解是分析化學領域常用溶樣方法，和傳導加熱等傳統方法完全相反，采用微波加熱，即內加熱，樣品和酸混合物在吸收了微波能以后，將實現即時及深層的加熱，在相對較短的時間范圍內即可達到要求的溫度，迅速對樣品進行分解，縮短整個樣品處理的時間。

另外，采用密閉的容器進行微波消解，還能防止目標元素產生損失，有利于結果準確性的保證。該方法主要具有溶樣時間相對較短、耗能少、不會造成太大的污染的優勢，在容易揮發的勻速的檢測中尤為適用。

4 方法應用

土壤對人類生存而言可謂至關重要，是物質基礎，也是農業生產中必需的資源。伴隨我國城市化建設和發展的不斷加快，土壤污染越來越嚴重。近幾年，土壤污染，尤其是重金屬污染，已經得到了很多人的關注，并相繼開展檢測活動。

借助火焰法對某金礦廢棄地中土壤等的重金屬污染開展實時監測。結果表明，包含銀、砷等在內的五種元素實際含量都比質量標準值低，相較于天然林地土壤，在金礦廢棄地，其土壤中砷、鎘、鉻等重金屬的實際含量都有所增加，其中砷含量增加約83%，鎘含量增加約78%，鉻含量增加約101%，污染等級施處在尚清潔級，應盡快開始生態恢復重建，并將其重點放在土壤水分和養分的限制等方面。

借助火焰法對某市兩個縣、一個區的共32個中藥材種植基地的土壤進行了重金屬元素含量實時監測。結果表明，每個種植基地的土壤盡管都存在污染的情況，但重金屬元素的含量都處在允許范圍之內，滿足我國提出的相關質量標準。

為更深入地掌握油田開采對周邊農田造成的不利影響，采用火焰法可對油田周圍土壤樣品實施重金屬污染檢測，通過檢測能確定那種重金屬的含量較高，即污染指數更高，進而通過對比，確定檢測區是否處在安全的級別當中。

為了明確化工生產可能對土壤造成的影響，可采用火焰法對企業附近的種植農作物進行重金屬污染檢測，通過檢測能確定這些區域的土壤是否遭受了重金屬污染，而且還能確定造成污染的重金屬類型，如銀、鉻、鉛等。

以某測區的農作物重金屬污染檢測為例，其銀元素的平均含量可以達到二級標準規定值的3.5倍，鉻元素平均含量為二級標準規定值的1.7倍，鉛元素平均含量為二級標準規定值的0.7倍。根據綜合污染指數，該研究區內，有約83.6%的土壤已經被污染，而且其中30.6%的土壤被嚴重污染，必須盡快開展污染治理，否則將引起嚴重后果。

采用該方法還能對元素形態進行分析。元素形態指的是元素以什么樣的形式存在，比如在土壤或沉積物當中，重金屬可能會以交換態或者碳酸鹽結合態形式存在，由于其存在形態不穩定重金屬會造成嚴重的土壤污染。基于此，對元素形態進行分析要比元素含量檢測復雜的多，所用分析方法不僅要有一定分離能力，還要盡可能的靈敏。

5 結語

借助原子吸收光譜的方法對土壤進行檢測時，首先要以待測元素的類型及濃度為依據，選擇適宜的原子化技術，如石墨爐原子化、火焰原子化或氫化物法，然后采用適宜的方法對樣品進行預處理。

該方法在檢測土壤中不同重金屬元素含量不僅準確性高，而且高效、靈敏。但由于對最終檢測結果造成影響的因素不僅有方法自身，還包括樣品預處理過程中所用的消化設備等，因此在使用原子吸收光譜法時相關人員必須引起高度重視，將可能對檢測結果造成的不利影響降至最低，確保檢測數據精確，給土壤環境監測工作提供精確的數據支撐。