芻議分光光度法同時測定土壤中的鉛、鋅、鎳、銅

摘 要：一直以來，土壤的生態環境問題始終是土壤研究以及生態環境研究重點關注的問題，在檢測農業產地環境和生態環境的過程中，土壤內的鉛、鋅、鎳、銅四項元素的含量評測已經成為國標規定的必測項目。在評測土壤內重金屬離子的過程中，為樣品進行消解是重要一步，基于此，本文將進一步研究蓄電池工廠周邊的土壤狀況，采用分光光度法為該區域進行鉛離子、鋅離子、鎳離子以及銅離子的同時測定，希望能夠給同行帶來一定的參考價值。

關鍵詞：分光光度法;土壤;鉛元素;鋅元素;鎳元素;銅元素

1 簡述分光光度法

根據有關資料可知，在這四項基本元素之中，鉛元素的有毒屬性最為顯著，在土壤中很難被完全分解，同時在累積效應之下，倘若土壤內的鉛元素含量過多，就必然會通過各種食物鏈轉移至人體內，危及人們的生命。而鋅元素、鎳元素、銅元素也是生物體內以及人體內的關鍵微量元素，土壤內鋅、鎳、銅含量的多少將在不同程度上影響著環境情況以及生物效應。相關工作人員探討土壤中鉛離子、鋅離子、鎳離子、銅離子的含量，采用高效、精準的測定手段對于土壤評測和管理具有顯著的現實價值。現如今，測定土壤內金屬離子的常見手段即為原子吸收光度計，不過在實際應用中，因為購置原子吸收裝置的成本較高，同時該研究手段處置試劑樣品的流程較為繁瑣，所以產生的測定費用較多。

而分光光度計在購置成本上比較有優勢，同時在評測試劑樣品的過程中操作較為簡單。近幾年來，伴隨化學檢測發展水平地逐漸提升，檢測人員采取分光光度法為土壤進行了一系列金屬離子的測定，該方法也越來越受到化學檢測從業人員的青睞?；诖?，本文將進一步模擬蓄電池工廠周邊的土壤狀況，采用分光光度法為該區域進行鉛離子、鋅離子、鎳離子以及銅離子的同時測定。通過研究結果表明，本次試驗土壤內的鉛離子、鋅離子、鎳離子以及銅離子同時測定的精準程度較高，能夠起到很好的預測作用，因而值得進一步地推廣應用。

2 偏最小二乘的基本原理分析

偏最小二乘方法通常被運用在變量因素較多，但是樣本數量較少的問題之中，它已經成為一種合理抽提信息的化學計量手段。在本次試驗中，因為分光光度法的組分較多，而且測定的信息解析明顯存在變量因素較多，但是樣本量較少的問題，所以偏最小二乘方法被普遍地應用于該項測定工作中。偏最小二乘方法的基本原理是：預設存在m個混合的樣品溶劑，各個樣品溶劑又存在多種組成形式。接著，在p個波長點評測它們此時的吸光度，由此進一步地獲取吸光度的分布矩陣X，而和分布矩陣X相對應的濃度矩陣是Y，偏最小二乘方法為了防止對病態矩陣予以求逆，此時把分布矩陣X與濃度矩陣是Y拆解成為如下外部關系公式：

X=TP'+E（1）

Y=UQ'+F（2）

在上述公式之中，T和U代表的是分布矩陣X與濃度矩陣Y的得分矩陣，各自涵括了分布矩陣X與濃度矩陣Y的得分矢量t和u，此時t和u都屬于兩兩正交的隱變量。而上述公式之中的P與Q各自代表了分布矩陣X與濃度矩陣Y的裝載型矩陣。同時，上述公式之中的E和F各自代表了分布矩陣X與濃度矩陣Y的殘差陣。相關的工作人員在采用偏最小二乘方法的過程中，需要將分布矩陣X拆解后獲得隱變量，與濃度矩陣Y拆解后獲取的隱變量屬于最大重疊，也就是指最大的相關度。所以會生成：

u=vt+e（3）

在上述公式之中，e屬于回歸方程的殘差，系數依照最小二乘法予以明確，所以上述公式即為內部關系式。

3 使用材料及實驗方法分析

3.1 實驗試劑以及相關設備

在實驗的過程中，檢測人員應事先準備實驗所需的試劑以及相關設備。設備方面包括可見分光光度計，計算機電腦。試劑方面包括，0.02%的間苯二酚溶劑，鉛離子、鋅離子、鎳離子、銅離子的標準儲備溶液各0.80mg/L。在應用的過程中，需要將鉛離子的標準儲備溶劑進行稀釋，從而獲得10.00ug/L。而鋅離子、鎳離子、銅離子則需要稀釋成為200ug/L。除此之外，還包括0.001mol/mL漠化十六烷基銨三甲溶劑，l%氫氧化鈉溶劑，還需要利用光譜純鎳試劑，而其他的溶劑主要為分析純。

3.2 實驗方法分析

檢測人員在準備好上述實驗材料以及設施儀器之后，需要提取適量的上述四種主要試驗溶劑，放置于容積為50mL的玻璃燒杯中，然后按照順序注入7mL的緩沖溶液、3mL0.02%間苯二酚溶劑，3mL 0.001mol/mL漠化十六烷基銨三甲溶劑，然后加入去離子水定容。放置15min之后，采用1cm比色皿，以試劑空白作為參比，在450至550nm的波長范圍內，每相隔2nm評測各個位置的吸光度數值，接著再采用用偏最小二乘方法分析所測定的數據信息，全部程序都需要采用MATLAB語言進行編制。

4 實驗條件分析

4.1 選取合理的波長范圍

檢測人員需要利用試劑空白作為參比，然后分別評測鉛離子、鋅離子、鎳離子、銅離子的含量。通過試驗可知，在450至550nm的分布范圍中，這四個離子都存在顯著的吸收峰值。具體來說，鉛離子、鋅離子、鎳離子、銅離子吸收波長的最大值分別是511.32、532.14、487.67、512.76nm，而波譜出現了明顯的重疊，所以在這次試驗中，檢測人員需要選取450至550nm作為評測的主要波長范圍，每相隔2nm進行一次信息登記。

4.2 選取最佳的酸度值

在試驗期間，檢測人員需要將四個離子的標準溶劑放入到50mL的玻璃燒杯中，各自觀察這四項離子在pH值分別是8.0、9.0、9.5、10.0、11.0的5項不同pH條件下，其可以獲得吸光度伴隨酸度變化的實際情況，通過試驗可知，pH值在11的時候，其鉛離子、鋅離子、鎳離子、銅離子的吸光度能夠實現最大化，所以，在這次試驗中，相關的工作人員需要選取酸度pH應為11。

4.3 明確顯色劑的使用量

檢測人員需要將四個離子的標準溶劑放入到50mL的玻璃燒杯中，各自注入2mL、3mL、5mL、7mL以及9mL的0.02%的間苯二酚溶劑開始顯色測驗，根據試驗可知，當0.02%的間苯二酚溶劑的使用量為3mL的時候，四項離子的吸光度可以實現最大化，所以本次試驗需要采用3mL的0.02%的間苯二酚溶劑。

5 數據結果分析

在本次試驗中，檢測人員檢測了蓄電池工廠周邊 5種不同金屬元素含量的土壤樣品作為模擬評測的檢測樣本，再通過偏最小二乘法對測定數據予以分析，獲得以偏最小二乘法數據解析方法得出的土壤樣品檢測值，具體數據如表1。

6 結束語

綜上所述，本次研究進行土壤內鉛離子、鋅離子、鎳離子、銅離子四項離子的分光光度法進行同時測定，給蓄電池工廠周邊的土壤測定及管理提供了很強的借鑒意義。

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作者簡介：

張靜（1970- ），女，四川成都人，本科，工程師，主要從事分析檢測工作。