原子吸收光譜法在測定水中重金屬的應(yīng)用研究

楊 虹

(西山煤電(集團)有限責任公司職業(yè)病防治所，山西 太原 030053)

1 原子吸收光譜法的測定原理

原子吸收光譜法，顧名思義，是指元素原子的最外層電子不穩(wěn)定，不同元素在吸收來自不同波段的入射光照后，原子的外層電子發(fā)生躍遷，電子狀態(tài)會由相對穩(wěn)定基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴惶€(wěn)定激發(fā)態(tài)。在這一過程中，根據(jù)元素原子發(fā)生的特征光譜與標準譜線對比進行元素定性分析，可以確定出被測元素的種類。與此同時，元素原子共振吸收的輻射光和元素含量呈正比趨勢，可以確定出被測元素的含量[1]。

2 原子吸收光譜儀的構(gòu)成分析

由單一元素發(fā)光的空心陰極燈組成的發(fā)光系統(tǒng)、由火焰、石墨爐、氫化物、冷蒸汽提供能量進行待測元素干燥、蒸發(fā)、原子化的原子化系統(tǒng)，由窄縫、反光鏡、色散物體等組成的分光系統(tǒng)、由光電倍增管和電腦等組成的檢測系統(tǒng)共同構(gòu)成了原子吸收光譜儀。

3 原子吸收光譜方法的優(yōu)缺點分析

原子吸收光度法不僅可以測微量元素原子含量，還可以用于衡量元素含量、超衡量元素含量的測量。這是原子吸收光度法的顯著優(yōu)勢。此外，原子吸收光度法測量的元素范圍相當廣泛，目前通過原子吸收光度法測量元素多達73種，測量范圍廣泛也是目前原子吸收光度法被廣泛應(yīng)用的一個重要原因。

當然，原子吸收光譜法法也存在許多不足之處。例如，原子吸收光譜法只能用于某種單一元素的測量，不能用于多種元素的統(tǒng)一測量。同時，原子吸收光度法測量方法和條件較為簡單，不能適應(yīng)復雜檢測環(huán)境中外界條件造成的干擾，這些問題也正是原子吸收光度法今后發(fā)展的方向[2-3]。

4 消除外界條件造成的干擾

對于物理條件引起的干擾，我們可以通過配置標準溶液、調(diào)節(jié)待測樣品的溶解度、調(diào)節(jié)待測樣品的物理性質(zhì)等，提高測試過程的靈敏度。對于化學條件引起的干擾，在實驗過程中，可以通過提高火焰溫度減少雜質(zhì)元素的氣化含量和加入緩沖溶液等與雜質(zhì)元素反應(yīng)，從而減少性能相近的雜質(zhì)元素對待測樣品元素造成的干擾。對于光譜干擾，解決辦法就是改變光柵、狹縫等的相關(guān)實驗參數(shù)，從而消除或減小光譜干擾對檢測結(jié)果產(chǎn)生的影響。

5 原子吸收光譜法在重金屬檢測中的應(yīng)用

當用原子吸收光譜法測定水中重金屬時，因為不同形態(tài)重金屬往往有不同的物理化學性質(zhì)，而且重金屬往往不會單獨存在，而是和其他物質(zhì)形成無機化合物、絡(luò)合物或者絡(luò)合物存在于水體當中，所以往往需要進行待測樣品的預處理，分離出會影響待測重金屬樣品中干擾物質(zhì)，再進行待測樣品干燥、蒸發(fā)和原子化，通過與標準樣品的對比分析，得出實際水樣中重金屬的含量水平。

5.1 金屬有機化合物的測定

其中，金屬有機化合物是水體中重金屬的常見存在形態(tài)，目前，對于這種形態(tài)的重金屬衍生物，常用的分離重金屬離子的方法有灰化法、消解法和酸浸提法。其目的都是去除待測樣品中有機物，使重金屬離子在水體中能夠單獨存在，減少有機物質(zhì)對于檢測結(jié)果的干擾，提高原子吸收光譜儀檢測的靈敏度。

5.2 重金屬離子測定

對于不同的重金屬離子，往往采用不同的原子化方式進行供能，如對重金屬鐵、鋅、錳含量進行測定時，可以配置鐵、鋅、錳三種重金屬的混合硝酸根溶液，常采用火焰原子吸收光譜儀，通過空氣-乙炔燃燒形成火焰將重金屬元素進行氣化，通過空心陰極燈或者無極放電燈相應(yīng)重金屬原子發(fā)射光源，測定被吸收的光源，從而得到待測樣品溶液中重金屬含量，為了避免其他雜質(zhì)元素如Fe、P等形成物質(zhì)的干擾，可以使用貧燃火焰進行原子化過程，提高原子吸收光譜法檢測的準確性。在對重金屬鋅進行預處理的過程中，需要調(diào)節(jié)pH到2以下，便于對待測樣品的精確測量，減小實驗誤差。在待測樣品進行原子吸收光譜測定前，需要將重金屬元素濃縮15倍達到原子吸收光譜儀可以測定的濃度范圍，避免因為濃度范圍不夠?qū)е麓郎y樣品在計算機中無法測出含量，造成樣品浪費。

5.3 標準溶液的配置

在重金屬測定過程中，需要先測定重金屬元素的標準曲線，根據(jù)待測樣品吸光度得到待測樣品中重金屬的含量。為了減少測樣過程中不必要的誤差，標準樣品需要現(xiàn)配現(xiàn)用，防止標準樣品發(fā)生變化。測樣前調(diào)節(jié)待測樣品的pH值，形成重金屬氯化物，有利于待測樣品的原子化過程，提高原子吸收光譜儀測定樣品過程中的靈敏度。

5.4 樣品的自動化采集

因為人工進行樣品處理不可避免會存在誤差，現(xiàn)在原子吸收光譜儀多采用自動進樣，自動進樣樣品檢測量更加精準化，有利于達到最佳原子化效果，避免人工進樣測量的誤差，大幅提高了檢測的靈敏度。同時，由于待測樣品中不可避免發(fā)生的部分化學反應(yīng)，會導致測得重金屬含量往往會比真實值更低。因此，需要通過向待測樣品中添加抑制劑或者升高溶液溫度使溶液中重金屬保持游離狀態(tài)，從而使測得重金屬含量更接近于真實值。

6 原子吸收光譜法利用重金屬間接檢測有機物的應(yīng)用

有機物中主要是官能團或者基團，屬于分子物質(zhì)，多采用紅外光譜、紫外光譜等手段測定，一般不能直接用原子吸收光譜法測定。但是，可以根據(jù)有機物的性質(zhì)將有機物中待測組分按照相應(yīng)比例轉(zhuǎn)化為原子吸收光譜法中能夠測定的元素原子的含量測定，可以實現(xiàn)原子吸收光譜法對有機物的間接測定。

6.1 水中甲醛的測定

甲醛易溶于水，且會危害人體健康，在生活飲用水衛(wèi)生標準中就對甲醛含量有所限定。因為甲醛中存在醛基，所以可以采用斐林試劑(由含量為0.1 g/mL的氫氧化鈉溶液和含量為0.05 g/mL的硫酸銅溶液、含量為0.2 g/mL的酒石酸鉀鈉配制而成)在沸水浴中加熱半小時進行鑒定，溶液中產(chǎn)生磚紅色沉淀。也可以用銀氨溶液(往潔凈的試管中加入1 mL2%硝酸銀溶液，然后邊振蕩邊逐滴滴入2%稀氨水，直到最初產(chǎn)生的的沉淀剛好溶解為止)50 ℃水浴加熱進行鑒定，溶液中產(chǎn)生光亮如鏡的單質(zhì)銀。分別用鹽酸溶液和硝酸溶液對甲醛反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀進行溶液，將沉淀溶解過程中產(chǎn)生的Cu離子和Ag離子分別用原子吸收光譜法測定含量，根據(jù)沉淀中金屬離子和有機物甲醛的配平系數(shù)，能夠間接得到參與反應(yīng)的水中甲醛的含量。

6.2 水中酚類有機物的測定

酚類有機物可以通過飲用水進入人體與體內(nèi)蛋白質(zhì)作用造成人的中毒昏迷和死亡，因此在生活飲用水衛(wèi)生標準中也一直對酚類有合物的含量進行限定。因為酚類有合物可以和Co離子可以發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，所以可以通過甲基異丁酮對鈷離子進行萃取，再通過原子吸收光譜法測定鈷離子的含量，進而間接得到水中酚類有合物的含量。

6.3 水中鹵代有機物的測定

含鹵素有機物多數(shù)有毒、親脂肪，易進入人體，難以生物降解，危害人體健康。因為鹵素元素可以與銀離子作用生成沉淀，所以可以通過將鹵素有機物溶解到有機溶劑，通過加熱回流、水解等作用，將含鹵有機物轉(zhuǎn)化為無機鹵化物，通過過量硝酸銀滴定轉(zhuǎn)化為沉淀，再通過原子吸收光譜法測定反應(yīng)過程中銀離子的消耗量，進而間接測定參與反應(yīng)的含鹵有機物的含量。

7 原子吸收光譜法在水質(zhì)檢測中的聯(lián)合應(yīng)用

在分析物質(zhì)化學組成和測定物質(zhì)含量時，常采用多種分析手段相結(jié)合的方式，提高物質(zhì)測定效率，例如在分析砷元素化學形態(tài)的過程中，將色譜分析中因子分析法和原子吸收光譜中氫化物發(fā)生原子吸收法相結(jié)合，擴大了儀器的檢測范圍。此外，原子吸收光譜儀與氣象色譜儀、液相色譜儀連用能夠更高效準確測定水質(zhì)中的有機物。相信隨著研究的深入，原子吸收光譜法在水質(zhì)檢測中的聯(lián)合應(yīng)用會越來越廣泛。

8 結(jié)論

重金屬在水體中存在形態(tài)多樣，并且在水體中能夠不斷遷移轉(zhuǎn)化，毒性不斷增強，要想實現(xiàn)重金屬污染水體治理，必須先進行水質(zhì)檢測。原子吸收光譜法能夠?qū)λ卸喾N元素進行高精確度檢測，并且相對而言，檢測靈敏度較高，測量重金屬范圍較廣，能夠測量含量較低的重金屬元素，在實際水體重金屬測量中應(yīng)用廣泛，同時，原子吸收光譜法還可以間接測定水中部分有機物的含量。隨著原子吸收光譜儀自動化水平的不斷提高和原子吸收光譜法在水質(zhì)檢測中的聯(lián)合應(yīng)用，相信在未來水體檢測中也會發(fā)揮越來越重要的作用。