原子吸收法測定土壤重金屬的原理及注意事項

烏魯木齊市環境監測中心站 周玉芬

在環保檢測部門進行土壤檢測工作中，原子吸收法是一項非常重要的技術，且隨著該技術的進一步發展速度的進一步加快，其在土壤檢測中的應用范圍和概率也在持續提升?，F階段，原子吸收法主要被應用在土壤重金屬檢測的相關領域，常見的主要包括重金屬元素的形態以及重金屬污染評價兩個部分，并結合檢測結果提出相應的針對土壤進行修復以及治理的意見，從而有效保證污染的治理效果以及土壤修復的質量。

一、原子吸收法的類型及測定土壤重金屬的原理

（一）原子吸收法的類型

原子吸收法最早出現于20世紀50年代，是一種在逐漸發展的儀器分析技術。從近幾年的情況來看，原子吸收法的研究成果越來越顯著，尤其在實際檢測土壤的過程中可供選擇的檢測技術越來越多，而不同類型檢測技術的優勢以及檢測范圍也存在較大的差異性[1]。所以在實際選擇的過程中也需要充分考慮實際情況，原子吸收法常見的類型主要包括火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法。

火焰原子吸收光譜法是現階段應用范圍最廣、使用次數最多的一種檢測方法，尤其廣泛應用于原子化檢測的過程中。然而從實際測試的結果來講，火焰原子吸收光譜法的靈敏度還十分有限。這種方法主要用于土壤環境檢測，其主要的優勢體現在便捷性、標準化以及易控制三個方面。現階段學術界在進行研究探討的過程中，針對這一方法的研究比較深入，實踐性整體較高[2]，因此，這一方法具有較為顯著的應用優勢。但是從實際應用的角度來看，火焰原子吸收光譜法也存在一定的問題，其在處理一些具有較高耐溫性元素的過程中，只能夠對于土壤表皮部分進行分離，很難實現深層次的探測和分析，檢測結果的精準性有待進一步提升。

石墨爐原子吸收光譜法主要是依托具有較強針對性的原子儀器，先對電流進行加熱處理之后進行分析元素原子化，這一檢測技術主要被應用于濃度分析以及限度檢測的過程之中，相比于火焰原子來說能夠使得吸收的數量級得以有效減少，通過對質量進行測定以及分析，相比于火焰吸收的方式能夠使得吸收的數量級得到進一步增加。通過對于速度進行測定以及分析不難發現，這種技術存在的一個最為顯著的缺陷就是測定的速度較為緩慢，只能夠對于單一的元素進行有效的測定。

（二）原子吸收法測定土壤重金屬的原理

在實際開展土壤檢測相關工作過程中，原子吸收法能夠通過對于重金屬形態的分析來達到對重金屬污染的程度進行評價的目的。原子吸收法在實際應用的過程中有其自身的優勢，將其應用在檢測土壤環境的過程中優勢尤為顯著[3]。首先，由于這種方法具有較強的選擇性，在實際檢測的過程中受到譜線的干擾相對較少，而且譜線之間很少出現重疊的情況。其次，原子吸收法有著較為廣泛的吸收范圍，能夠對主含量元素、低含量元素進行有效的檢測，這項檢測技術自身具有較高的靈敏度，能夠對于數量級的范圍及其濃度進行合理有效的測定，進而使得檢測數據的精準性能夠得到有效保障。

土壤內部普遍存在著較為嚴重的重金屬污染問題，最為常見的一種重金屬元素就是鉛，這類元素會對土壤產生十分重要的污染，要想對土壤內鉛的含量進行有效的測定，最常用的方法主要為石墨爐原子吸收光譜法[4]。在實際應用石墨爐原子吸收光譜法進行樣品分析前，樣品要先經過消解處理。土壤消解目前最常用的方法參照中華人民共和國國家環境保護標準《土壤和沉積物金屬元素總量的消解微波消解法》（HJ832-2017）[5]，具體消解步驟為：稱取風干過篩的樣品0.25～0.50克(應精確至0.0001克)放置在消解罐中，用少量的實驗純水進行潤濕，而后在防酸通風櫥中依次加入6mL硝酸、3mL鹽酸以及2mL氫氟酸，使樣品和消解液得到充分混勻。如果產生劇烈的化學反應，等到反應完全結束后再加蓋并擰緊。將消解罐裝入微波消解儀中，按照微波消解儀提前設置好的升溫程序（詳見表1）進行消解，消解結束待樣品冷卻后進行趕酸處理。趕酸處理在微波消解儀配套裝置趕酸儀或其他趕酸儀中進行，趕酸前在消解罐中加入0.5～1.0mL高氯酸，目的在于將不易完全消解的土壤消解完全，趕酸溫度一般按照趕酸儀溫度要求進行，待消解液趕酸至黏稠狀露珠大小時停止趕酸，用實驗純水轉入25mL容量瓶中，定容至刻度，然后靜置60分鐘以上，取上清液待測。

表1 微波消解升溫程序

在實際應用原子吸收法針對土壤重金屬進行測定的過程中，分析重金屬的形態也是重要程度較高的一項內容，所謂的元素形態，主要指的就是對于某一元素內部所含有的不同的同位素進行有效的組合，組合不同的電子價態以及不同的電子組態，進而將其轉化成不同的結構形式，使其能夠有自身的特異性。土壤和其自身的沉積物內部重金屬本身有著較大的形態方面的差異性，常見的形態多數屬于結合態，包括碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態以及交換態等。重金屬元素的形態會直接對其穩定性產生影響，土壤內部的重金屬也會導致土壤環境受到污染，很多重金屬自身都具有結構以及形態不穩定的特點。從現階段的情況來看，在實際進行研究的過程中，其最為核心的方向就是結構的分析以及形態的分析。在實際針對重金屬污染進行治理的過程中以及實際修復重金屬污染的過程中，最為重點的控制對象就是砷與鎘，通過有效分析重金屬的形態，對其形態進行更好地掌握，能夠對于重金屬的情況進行深入的分析，相比于單一元素總量來說，在檢測重金屬形態的過程中往往有著更高的難度。

二、原子吸收法測定土壤重金屬的注意事項

（一）明確空白值的影響及其具體的解決方法

在實際選擇原子吸收法測定土壤重金屬相關指標的過程中，檢測限以及分析結果的精密度會直接受到分散程度以及空白值大小所帶來的影響。從相關實驗結果的角度來講，空白值主要會受到試劑純度、純水質量以及試驗器皿清潔度所帶來的影響。

首先，試劑純度以及純水質量給空白值所帶來的影響。試劑以及純水給空白值帶來的影響主要表現在其內部含有干擾物質以及待檢測的金屬元素，要想解決上述問題，一方面所選擇的純水要保證二級以上，所選擇的化學試劑要達到優級純的標準，如果試劑的質量難以達到要求，則可以通過萃取、蒸餾以及結晶的方式進行提純處理；另一方面在對同一批次的樣品進行分析的過程中，所選擇的純水以及試劑要能夠保證為同一批號以及同一廠家，使得純水以及試劑給標準樣品以及溶液所帶來的影響能夠保持在同一水平線上[6]。

其次，實驗器皿清潔度給空白值所帶來的影響。這種影響主要表現在器壁表面會聚集以及濃縮一些待檢測的組份，同時也會吸附一系列的異物，會使得樣品自身所具有的平行性有所下降。因此，在實際洗滌實驗器皿的過程中要能夠嚴格依照實驗的相關要求，充分考慮玷污的實際程度以及污垢的性質來進行洗滌方法的選擇。通常情況下，要先用洗滌劑將實驗器皿清理干凈，之后再使用1+1的硝酸溶液對實驗器皿進行24小時以上的浸泡，之后再依次使用自來水以及蒸餾水將實驗器皿沖洗干凈，在倒置的狀態之下將實驗器皿晾干。

（二）合理控制驅溫酸度

在實際對土壤進行消解處理的過程中，殘留的酸會在一定程度上影響到原子吸收光譜儀、待測元素以及石墨管。在進行消解處理之后，還需要將酸趕凈。但是在消解溫度過高的情況下，在發生酸蒸發作用的過程中，揮發性元素也會相應地出現損失。而在溫度過低的情況下，尤其是在分解試樣的時間不夠的情況之下，非揮發性元素則很難實現完全溶出，因此消解溫度的選擇要能夠保證合理性。

由于在實際消解土壤樣品的過程中，先需要用水對土壤樣品進行潤濕處理，消解過程中要將鹽酸加入其中，在對鹽酸進行加熱處理并且到達一定程度之后則會逸出大量的氯化氫氣體，進而稀釋鹽酸的濃度。而隨著鹽酸濃度的下降并且到達一定程度之后，水和氯化氫之間的混合物往往有著最高的恒沸點，通常情況下這一恒沸點是108.6℃，因此在控制鹽酸消減溫度的過程中要能夠將其控制在110℃左右。

鹽酸消解過程中，可當其到達相應的體積之后再進行混合消解，通常情況下需要使用到高氯酸、氫氟酸以及硝酸三種酸。從市面銷售的氫氟酸以及硝酸的情況來看，其沸點多數是在120℃，而在高氯酸方面，多數的沸點都是在203℃。因此，在實際設置電熱板溫度的過程中使其能夠保持在205℃左右即可。最后隨著高氯酸冒盡濃厚的白煙，而且其內容物相對黏稠而且處在不流動的狀態之中，則需要停止對其進行加熱處理，小心地搖動，隨著其余熱的蒸發到達近干狀態即可，但是要避免干涸的狀態。

在實際消解總鉻的過程中要能夠控制好電熱板的溫度，使其能夠保持在150℃左右。主要原因在于加入了高氯酸之后，在高溫氧化的狀態之下也會產生少量的氯，這會在一定程度上使得鉻以 CrOCl 形式出現揮發，進而產生損失，這也會導致總鉻的測定結果整體呈現出偏低的狀態。

（三）注意優化原子吸收儀器條件

首先，在實際選擇燈電流的過程中，空心陰極燈的發射特性能否真正得到充分的發揮，燈電流是最為重要的影響因素。在實際開展工作的過程中，試驗也需要結合不同的儀器特點。通常情況下，主要是針對工作電流在發生變化的過程中同步進行標準溶液吸光度的繪制，通過這種方法來保證燈電流選擇的合理性。比如：對于ZEENiT700P原子吸收光譜儀來說，銅燈在實際工作過程中，5mA是最大的工作電流，將工作電流設定為最大工作電流的100%、75%以及50%，針對濃度為1.0mg/L以及0.2mg/L標準溶液重復進行測量，從實驗的相關結果來看，燈電流越小的情況之下，靈敏度也會呈現出相應升高的狀態。但是，在燈電流過小的狀態之下，信號的穩定性也會整體呈現出下降的趨勢。隨著燈電流的升高，穩定性也會相應升高。但是，在靈敏度下降的情況之下，燈的使用壽命也會相應地受到影響。從實驗的角度來進行分析，穩定性和靈敏度對等電流的相關要求具有相互矛盾的特點。因此，在實際進行燈電流選擇的過程中，也需要對于這一問題有充分的考量，建議在微量元素相關指標保持穩定的情況之下，為了使得靈敏度能夠切實得到有效保證，先使用較小的燈電流。而對于濃度較高的元素來說，為了使得較高靈敏度的相關要求能夠真正得到有效滿足，在實際進行燈電流選擇的過程中則需要盡量增加，進而使得穩定性能夠得到保證。

其次，石墨爐原子吸收法升溫程序。在實際應用石墨爐原子吸收法的過程中，其選擇的升溫方法主要為程序升溫的方式，伴隨著試樣溶液狀態的變化，升溫條件也會相應地發生變化。通常情況下，需要多次進行實驗，選擇同一濃度的標準溶液，按照原子化溫度改變以及灰化溫度改變過程中所測得的吸光度作圖，進行“灰化-原子化曲線圖”的繪制，進而明確待測元素最佳的升溫程序[7]。例如： ZEENiT700P原子吸收光譜儀在實際工作的過程中，由于動作菜單中含有灰化原子化的相關工作，通過查找原子化以及灰化過程中所需要的最佳溫度，能夠使得原子吸收儀器能夠收到更好的工作效果，實現功能的優化。

三、結語

綜上所述，在實際針對土壤環境進行檢測的過程中，原子吸收法是應用概率較高的一種方法，常用的包括火焰原子吸收光譜法以及石墨爐原子吸收光譜法，在實際應用的過程中能夠實現對于土壤中重金屬的含量進行定性及定量的分析，借此來對重金屬所產生的污染進行合理有效的評價，對生態環境的改善以及農業生產打下良好的基礎。在明確了原子吸收法測定土壤重金屬的原理和注意事項的基礎上，也能更好地發現原子吸收法在土壤中金屬測定過程中所存在的問題，并提出針對性的解決方案，保證測定結果的準確性，為測定效益的整體提升打好基礎。

相關鏈接

原子吸收分光光度法(AAS)簡稱原子吸收法，是利用被測元素基態原子蒸氣對其共振輻射線的吸收特性進行元素定量分析的方法。

原子吸收分光光度法的測量對象是呈原子狀態的金屬元素和部分非金屬元素，是由待測元素燈發出的特征譜線通過供試品經原子化產生的原子蒸氣時，被蒸氣中待測元素的基態原子所吸收，通過測定輻射光強度減弱的程度，求出供試品中待測元素的含量。原子吸收一般遵循分光光度法的吸收定律，通常借比較對照品溶液和供試品溶液的吸光度，求得供試品中待測元素的含量。

原子吸收分光光度法具有以下特點：

①靈敏度高：常規分析法對大多數元素可達到ppm級;利用特殊手段可達到ppb級的濃度范圍;

②精密度好：一般測定RSD約為1%～3%，利用特殊方法精密度可小于1%。

③應用范圍廣：周期表中70多種元素可利用該法測定：

④干擾少：原子吸收光譜為分立的銳線光譜，且譜線重疊性少，干擾性小;

⑤試樣用量少：采用石墨爐無火焰原子吸收法，每次測量僅需5～20μl試液或0.05～10mg的固體試樣;

⑥快速簡便，易于自動化：液體試樣常可直接進樣，一般樣品無需進行預分離處理，新型號商品儀器的進樣和測定步驟全部自動化完成。

原子吸收分光光度法應用的主要限制是：該法只能進行無機元素的含量分析，不能直接用于有機化合物的含量分析和結構分析;另外，常規原子吸收分光光度法每測一種元素，要更換一次空心陰極燈光源，不能同時進行多元素分析。