快速微波消解-原子熒光光譜法測定土壤中的重金屬含量

宋 尚

（中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130000）

由于土壤受重金屬污染現象嚴重，近年來一直成為我國相關部門的主要研究對象[1]。以往針對土壤中的重金屬含量測定方法，基于原子熒光光譜法展開具有高效性的優勢，但經常在測定后會出現測定結果與實際相比殘差大的問題，導致其測定結果只能起到參考作用。因此，有必要針對土壤中的重金屬含量測定方法進行優化設計。快速微波消解-原子熒光光譜法在傳統原子熒光光譜法的基礎上，通過快速微波消解的方式，消解土壤中存在的酸體系，能夠進一步提高對于土壤中的重金屬含量測定的精度[2]。基于此，有必要將快速微波消解-原子熒光光譜法應用在土壤中的重金屬含量測定中，盡可能的在具備經濟效應的基礎上，得到精準度最高的測定結果，從而滿足對土壤中的重金屬含量測定的期望要求。

1 快速微波消解-原子熒光光譜法測定土壤中的重金屬含量

1.1 選擇快速微波消解-原子熒光光譜儀器

在土壤中的重金屬含量測定過程中，必須選擇合適的快速微波消解-原子熒光光譜儀器，針對快速微波消解-原子熒光光譜儀器相關參數設定，如表1所示。

表1 快速微波消解-原子熒光光譜儀器工作參數

結合表1所示，為快速微波消解-原子熒光光譜儀器工作參數，以此為本次試驗硬件，為土壤中的重金屬含量測定提供硬件支持。

1.2 基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系

在選擇快速微波消解-原子熒光光譜儀器的基礎上，由于土壤樣品中大部分陽離子處于完全分離的狀態下，只有極少部分的陽離子會滯留時間過長，進而導致分析的結果與實際誤差大。因此，必須基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系，最大限度上避免土壤樣品中陽離子相互作用[3]。基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系的具體流程為：首先，采用酸性較弱的淋洗液消除土壤樣品中存在相互作用的陽離子對分析結果帶來的干擾；而后，在保證土壤樣品中所有陽離子均處于完全分離狀態的基礎上，分析土壤樣品中的陽離子；最后，運用快速微波消解的方式消解土壤中的酸體系。本文以土壤中的As、Hg重金屬為例，基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系具體信息，如表2所示。

表2 基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系

結合表2所示，通過快速微波消解-原子熒光光譜法，能夠消除土壤中所含的酸體系。在基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系的過程中，通過基于快速微波消解-原子熒光光譜法的有效應用，能夠提高土壤樣品中陽離子分離的速度，防止出現殘留的現象，進而提高土壤樣品中的重金屬含量測定的精度。

1.3 確定土壤中的重金屬含量測定原子熒光光譜波長

基于快速微波消解-原子熒光光譜法消解酸體系后，根據土壤中的重金屬含量測定的原子熒光光譜波長，確定土壤中的重金屬含量。結合JJF1059—1999《測量土壤中的重金屬含量不確定度評定與表示》標準，利用快速微波消解-原子熒光光譜法在150nm～350nm的波長范圍內進行掃描。通過對相關物質溶液的二極管陣列進行測定，確定土壤中重金屬含量的測定波長。通過檢驗，得出圖1所示的結果。

圖1 土壤中重金屬含量原子熒光光譜波長測定結果

通過圖1可以看出，在波長為260nm位置上的紫外線吸收量最大，同時在260nm處，雜質峰與主成分峰的響應情況完全一致，因此，本文選擇將260nm的長度作為土壤中重金屬含量的測定波長長度。

1.4 土壤中的重金屬離子交換平衡

以上文確定的土壤中的重金屬含量測定原子熒光光譜波長為依據，進行土壤中的重金屬離子交換平衡。

設其土壤中的重金屬離子交換選擇性系數為k，則有公式（1）。

公式（1）中，s指的是選擇的淋洗液內部體積；w指的是離子交換劑交換容量。通過公式（1）可以看出當淋洗液內部體積增大時，土壤中的重金屬離子交換的選擇性系數也會隨之增大。因此，要盡可能的采用最低濃度的淋洗液才能提高土壤中的重金屬含量測定的速度。與此同時，在淋洗液濃度降低的情況下，土壤中的重金屬離子的導電性能也隨之降低，進而實現離子交換平衡。

1.5 得出土壤中的重金屬含量測定結果

在實現離子交換平衡的基礎上，設土壤中的重金屬含量測定結果元素的異常下限為X，則有公式（2）。

公式（2）中，指的是土壤中的重金屬含量原子熒光光譜波吸收度波動系數；K指的是土壤中的重金屬含量測定背景；S指的是土壤中的重金屬含量原子熒光光譜波吸收峰。對標準的曲線，以計算土壤樣品原子熒光光譜圖標準曲線平方差的方式依次進行一階求導。則平方差的計算公式，如公式（3）所示。

公式（3）中，Q指的是土壤樣品原子熒光光譜圖標準曲線的平方差；n指的是原子熒光光譜點數，x1和x2指的是土壤樣品原子熒光光譜圖中兩個的標準色譜。在此基礎上，設土壤中的重金屬含量測定檢出限夾角為α，則有公式（4）。

在公式（4）中，指的是土壤樣品原子熒光光譜圖標準曲線條數，為實數。通過公式（4），得出土壤中的重金屬含量測定結果，如表3所示。

表3 土壤中的重金屬含量測定結果

結合表3所示，為本次土壤中的重金屬含量測定結果。在測定過程中，本文建議選取相對較低的濃度對土壤樣品離子進行檢測。這樣一來，在保證土壤中的重金屬含量測定精度的同時，提高土壤中的重金屬含量測定的效率。

2 實例分析

2.1 實驗準備

設計實例分析，本次實驗選取某銅礦周邊的重金屬污染土壤作為實驗樣品，進行針對土壤表層重金屬污染自然修復的試驗研究。本次實驗樣品中重金屬有效態含量的化學分析結果，如表4所示。

表4 實驗樣品化學分析結果

結合表4信息，實驗目的為證明快速微波消解-原子熒光光譜法在土壤中的重金屬含量測定中的可行性。設計試驗儀器具體工作條件，如表5所示。

表5 設計試驗儀器工作條件

結合表5所示，本次實驗測定土壤中的重金屬含量時，X光管電壓和電流分別為80kV，80mA，晶體為LiF150，準直器為200m。首先使用本文基于快速微波消解-原子熒光光譜法設計方法，測定土壤中的重金屬含量，通過黑盒工具-QAcenter測得測定殘差，記為實驗組；再使用傳統方法，測定土壤中的重金屬含量，同樣通過黑盒工具-QAcenter測得測定殘差，記為對照組。實驗主要內容為測試兩種方法的測定殘差，測定殘差越低證明測定精度越高。針對黑盒工具-QAcenter測得的測定殘差，記錄實驗結果，共設置6次實驗。

2.2 實驗結果分析與結論

整理實驗結果，測定殘差對比結果，如下表6所示。

表6 測定殘差對比結果

通過表6可知，本文設計方法土壤中的重金屬含量測定殘差明顯低于對照組，具有現實應用價值。

3 結語

本文通過實例分析的方式，證明了設計測定方法在實際應用中的適用性，以此為依據，證明此次優化設計的必要性。因此，有理由相信通過本文設計，能夠解決傳統土壤中的重金屬含量測定中存在的殘差高的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現為未對本次土壤中的重金屬含量測定結果的精密度與準確度進行檢驗，進一步提高土壤中的重金屬含量測定結果的可信度。這一點，在未來針對此方面的研究中可以加以補足。與此同時，還需要對土壤中的重金屬含量測定方法的優化設計提出深入研究，以此為提高土壤中的重金屬含量測定的質量提供建議。