原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的運用研究

許曉霞

（甘肅省張掖生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，甘肅 張掖 734000）

環(huán)境問題一直是我國重要的民生問題，同時也是阻礙社會可持續(xù)發(fā)展的重要因素，為了全面實現(xiàn)節(jié)能減排理念，強化環(huán)境保護力度，人們必須重視環(huán)境監(jiān)測工作的有效開展，結(jié)合以往土壤環(huán)境監(jiān)測工作中存在的問題進行分析，采取原子吸收光譜法進行土壤環(huán)境監(jiān)測，提高政府部門對環(huán)境監(jiān)測的重視力度，構(gòu)建完善的環(huán)境監(jiān)測體系。

1 土壤環(huán)境監(jiān)測的意義

環(huán)境監(jiān)測是推進我國節(jié)能減排理念的重要手段，在我國當(dāng)前的環(huán)境監(jiān)測工作中，主要是利用先進的科學(xué)技術(shù)手段，對當(dāng)前生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量進行全方位的監(jiān)測與分析，并通過監(jiān)測污染排放的具體情況與范圍，掌握當(dāng)前的環(huán)境質(zhì)量情況。以土壤環(huán)境監(jiān)測為例，在開展土壤環(huán)境監(jiān)測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，利用先進的監(jiān)測儀器設(shè)備和技術(shù)方法獲取土壤環(huán)境中的各項數(shù)據(jù)，并且以采集回來的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開展科學(xué)的土壤環(huán)境質(zhì)量分析，為后續(xù)的土壤環(huán)境改善和污染治理工作提供可靠支持。當(dāng)前情況下，土壤環(huán)境監(jiān)測的主要工作流程為實地環(huán)境考察→規(guī)劃監(jiān)測試點→采集環(huán)境數(shù)據(jù)→分析采集結(jié)果。為了全面提升每一個試點的土壤環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確度，通常情況下也要融合現(xiàn)代信息技術(shù)手段和先進設(shè)備輔助監(jiān)測，實現(xiàn)土壤環(huán)境監(jiān)測工作效率的全面提升[1]。

在社會經(jīng)濟飛速增長的背景下，節(jié)能減排已經(jīng)成為我國環(huán)境保護體系中的重要方向，在此基礎(chǔ)上，我國各地區(qū)紛紛建設(shè)了土壤環(huán)境監(jiān)測體系，并在該領(lǐng)域研發(fā)出了許多先進的技術(shù)手段。此外，在土壤環(huán)境監(jiān)測工作中的各類問題也得到了充分解決。國家大力支持土壤環(huán)境監(jiān)測工作，并提高人才和資金對先進監(jiān)測方法的投入力度，鼓勵更多新技術(shù)引入到土壤環(huán)境監(jiān)測中，也使環(huán)境監(jiān)測隊伍不斷壯大，提升了環(huán)境監(jiān)測人員的綜合素質(zhì)與專業(yè)水平。基于這一背景，土壤環(huán)境監(jiān)測工作也要全面重視原子吸收光譜技術(shù)的運用，以對土壤環(huán)境進行有效監(jiān)測，構(gòu)建一套完善的土壤環(huán)境監(jiān)測體系，同時也為節(jié)能減排提供科學(xué)支持，為我國環(huán)保事業(yè)奠定堅實的基礎(chǔ)。

在開展土壤環(huán)境監(jiān)測工作中，必須將各項政策和政府的實際工作落實到位，充分發(fā)揮政府部門的職能優(yōu)勢，其決定了土壤環(huán)境監(jiān)測工作相關(guān)的屬性與性質(zhì)，同時也會受到社會效應(yīng)與土壤環(huán)境監(jiān)測工作的影響，因此，政府職能部門在節(jié)能減排中發(fā)揮著重要作用。首先，必須保障土壤環(huán)境監(jiān)測工作順利推進，選擇正確的土壤環(huán)境監(jiān)測方法，將實際的環(huán)境情況及時反饋出來，通過公示的方式，讓廣大基層群眾都能夠掌握土壤污染的實際狀態(tài)，重視土地污染情況；其次在環(huán)境監(jiān)測工作中，還為相關(guān)部門的執(zhí)法工作奠定了基礎(chǔ)，在進行環(huán)境執(zhí)法取證中確保土壤環(huán)境監(jiān)測有效推進。此外，土壤環(huán)境監(jiān)測工作也有助于推動時代的發(fā)展和進步。

2 原子吸收光譜技術(shù)概述

2.1 原理

原子吸收光譜技術(shù)起源于二十世紀(jì)中期，這一技術(shù)手段的出現(xiàn)，在各個領(lǐng)域都實現(xiàn)了廣泛的應(yīng)用，特別是在土壤環(huán)境監(jiān)測工作中利用原子吸收光譜法進行土壤環(huán)境的定量分析。其主要原理是采用物質(zhì)原子蒸氣和土壤中各元素相互作用展開分析，同時對土壤中各類元素的實際含量進行有效計算，結(jié)合土壤環(huán)境中測量各元素的波長和蒸氣吸收輻射進行分析，從而準(zhǔn)確地計算出這些元素在土壤內(nèi)的含量。一般情況下，土壤中的原子都保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)，但如果通過特定原子蒸氣，那么會出現(xiàn)能量吸收的現(xiàn)象，由最初的基態(tài)轉(zhuǎn)化成激發(fā)態(tài)，然而多數(shù)原子第一激發(fā)態(tài)通過共振的吸收就可以獲得光譜，因此，這種方法也得到了全面的推廣與應(yīng)用，而且在實際應(yīng)用中其監(jiān)測結(jié)果精準(zhǔn)，并不會受到其他因素的干擾，能夠廣泛應(yīng)用在高靈敏度的監(jiān)測環(huán)境中，達到良好的應(yīng)用成果[2]。

2.2 技術(shù)手段

原子吸收光譜法問世以后，在實際應(yīng)用中主要是針對原子蒸氣的譜線吸收來達到定量分析的目的，結(jié)合監(jiān)測元素的波長展開系統(tǒng)化分析，同時采用輻射吸收值來分析土壤環(huán)境中各類元素的具體含量。結(jié)合當(dāng)前我國土壤環(huán)境監(jiān)測工作來看，原子吸收光譜法也可以細劃分為火焰原子吸收方法、石墨爐原子吸收方法以及氫化物檢測法。

2.2.1 火焰原子吸收法

結(jié)合原子吸收光譜法開展土壤環(huán)境檢測，火焰原子吸收方法已經(jīng)逐漸得到了廣泛的應(yīng)用，其主要用于土壤環(huán)境中金屬離子的監(jiān)測。在實際監(jiān)測中，火焰原子吸收法具有監(jiān)測方式簡單、控制靈活，同時不會產(chǎn)生較大干擾等優(yōu)點，可以運用于小范圍的土壤環(huán)境監(jiān)測中，并達到良好的監(jiān)測效果。但并不是每一種金屬元素都可以通過火焰原子進行光譜吸收，如共振線與耐高溫元素。在檢測過程中，首先對土壤中的待檢測樣本進行檢驗與處理，同時利用火焰原子吸收法進行土壤樣本中鉛含量的測定。通過實踐應(yīng)用來看，采用火焰原子吸收法能夠提高土壤環(huán)境監(jiān)測的便捷性，因此也廣泛地運用于土壤環(huán)境中金屬元素的檢測中，達到了良好的監(jiān)測效果。

2.2.2 石墨爐原子吸收法

原子吸收光譜方法的另一項方法是石墨爐原子吸收方法。這個方法與原子吸收光譜方法共同存在，主要是建立在對石墨爐原理研究的基礎(chǔ)上，利用石墨的高電流密度加熱來實現(xiàn)原子化分析，所以采用石墨爐原子吸收方法有著不錯的測試精度。相對于上一方案而言，石墨烯爐原子吸附技術(shù)的應(yīng)用有著更多的優(yōu)勢，其具有穩(wěn)定性高，原子化利用率高等優(yōu)點，這就更加促進了多層石墨原子吸附技術(shù)在土壤環(huán)境中的監(jiān)測作用。此外，在各種不同條件的土壤監(jiān)測中，經(jīng)常會受到各類因素的影響，從而產(chǎn)生各類干擾要素。

2.2.3 氫化物檢測法

該方法主要用于土壤環(huán)境中As、Se、Pb、Sn等幾種容易生產(chǎn)氫化物元素的監(jiān)測，而且氫化物檢測法具有良好的靈活性，對于一些無法通過火焰原子吸收法進行監(jiān)測的元素，利用氫化物檢測方式可以達到良好的監(jiān)測效果。氫化物檢測方法在土壤環(huán)境監(jiān)測中主要是實現(xiàn)元素和集體的有效分離，從而達到土壤中離子的原子化作用，最大化地降低外部因素帶來的影響，從而提高氫化物檢測的準(zhǔn)確度，同時也大幅度提升了樣品檢測率。現(xiàn)階段，氫化物檢測方法在土壤環(huán)境監(jiān)測中可以達到100%的檢測率，并且可在多種元素的監(jiān)測中廣泛應(yīng)用并達到良好的效果。

3 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用優(yōu)勢

原子吸收光譜法分析范圍廣，在原子吸收光譜法實際應(yīng)用中，已經(jīng)存在70余種監(jiān)測方法，這些方法中涵蓋了諸多常見的元素，能夠?qū)Υ蟛糠滞寥乐械挠袡C物質(zhì)和非金屬元素進行監(jiān)測，同時利用原子吸收光譜法還表現(xiàn)出較強的選擇性，原子吸收帶寬一般都比較狹窄，所以在實際監(jiān)測中表現(xiàn)出較快的測定速度，并能夠?qū)崿F(xiàn)自動操作。我們在光譜的實際分析中，如果無法分離待測元素輻射線，那么就很容易引起表面強度的變化，而原子吸收光譜法的有效運用能夠?qū)崿F(xiàn)良好的追本溯源的目的，其根本原因在于譜線僅發(fā)生于主線系，而且譜線相對狹窄，因此不會出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，自然就不會受到影響。利用原子吸收光譜技術(shù)還顯示出了更高的靈敏度，在對生態(tài)環(huán)境開展長期監(jiān)測中，利用原子吸收光譜法能夠靈活地檢測土壤環(huán)境中的各種微量元素，而且由于操作方法更加簡便，還可以逐步減少對各種微量元素的測定分析周期，從總體上提高了檢測速度，以更好地采取環(huán)境保護措施，推動社會長遠發(fā)展[3－4]。

4 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的實際應(yīng)用

4.1 原子吸收光譜法進行土壤污染評價

在綠色環(huán)保的城市發(fā)展理念下，加強污染治理和生態(tài)環(huán)境保護已經(jīng)成為重要的任務(wù)與使命，但是隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)模的日益擴大，許多工業(yè)污染物以及農(nóng)田化學(xué)藥劑的排放，導(dǎo)致我國土壤環(huán)境中充斥著大量的污染元素，其中大部分為重金屬污染物，給我們的生態(tài)環(huán)境帶來巨大威脅，也影響著人們的生活與發(fā)展。據(jù)我國某地的不完全統(tǒng)計，在當(dāng)?shù)?7個市縣級地區(qū)開展土壤監(jiān)測，利用原子吸收光譜法對土壤環(huán)境內(nèi)Cr元素含量進行檢測，利用石墨爐原子吸收法檢測土壤中的Pb和Cd等元素，最終土壤中這些元素的檢測結(jié)果分別為Cr（79.38 mg/kg）、Pb（24.73 mg/kg）、Cd（0.17 mg/kg），對比之下已經(jīng)嚴(yán)重超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍，可以看出，該地區(qū)的土壤環(huán)境已經(jīng)遭受了重度污染。其根本在于工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人們生活中對于土壤環(huán)境保護意識的薄弱。而導(dǎo)致該地區(qū)重污染的元素為鉛元素。鑒于此，在進行這次土壤環(huán)境監(jiān)測過程中，主要選擇火焰原子吸收光譜檢測方法來測定土壤中的鉛含量。在實際檢測過程中，首先做好待測樣本的選擇與處理，同時使用NHO對樣品進行化學(xué)消解，在開展火焰原子間吸收譜線法檢測時使用了乙炔火焰的瀉落法，對已充分趕酸與未充分趕酸的土壤樣品進行了比較，然后通過實際土壤環(huán)境監(jiān)測條件，選擇了10份0.5 g/份的標(biāo)準(zhǔn)樣品，以便于有效消解土壤樣品內(nèi)的聚四氟乙烯，同時還要在其中添加氫氟酸溶液和硝鏹水，同時開展空白試驗。在消解后土壤中添加高氯酸，并同時進行趕酸定容處理，如表1和表2。

表1 不完全趕酸的鉛含量監(jiān)測

表2 完全趕酸的鉛含量監(jiān)測

結(jié)合上述土壤中含鉛量測算結(jié)果分析可以看出，表1內(nèi)的鉛含量監(jiān)測采用原子吸收光譜法具有更強的抗干擾能力，其監(jiān)測數(shù)值明顯提升[5]。而通過實際檢驗可以看出，在進行鉛含量的檢測中，運用火焰吸收光譜法中的趕酸模式，能夠大大提高監(jiān)測準(zhǔn)確度，從而提升了土壤環(huán)境的保護效果。

4.2 原子吸收光譜法進行土壤樣品測量

從原子吸收光譜法的應(yīng)用維度來看，在實際處理中主要可以分為消化與熔融兩種方式，但無論是消化還是熔融，都會對土壤中礦物晶格造成破壞，從而轉(zhuǎn)移土壤中的被測元素。在土壤環(huán)境監(jiān)測中，監(jiān)測人員主要是通過堿溶系統(tǒng)和酸溶系統(tǒng)來實現(xiàn)對土壤的處理。結(jié)合當(dāng)前的堿溶液處理系統(tǒng)來看，最常用的方法為碳酸鉀、氫氧化鈉以及碳酸鈉等處理方式，而通過這幾種方式，可以對土壤處理起到良好的效果。比如在進行土壤消化處理中，通過HF－HNO3－HCIO4的應(yīng)用，能夠打破土壤中的礦物元素晶格，并且土壤樣品也會轉(zhuǎn)化為SiF4，隨后檢測人員要在溶解后的土壤中添加HNO元素，并且選擇合理的材料進行原子吸收光譜法，達到良好的土壤元素監(jiān)測效果。在開展土壤中樣品的監(jiān)測與分析時，還能夠?qū)︹}、鎂、鉀等微量元素進行直接有效的監(jiān)測，同時也降低了監(jiān)測難度，通過乙炔火焰就能夠提高各類微量元素的監(jiān)測精度。又比如對土壤中金屬元素，如鋅、鐵、錳等進行檢測時，通過一次性浸提劑的使用開展酸堿值分析，可以大大增強對重金屬的控制效果，提高環(huán)境保護力度。

4.3 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測干擾消除中的應(yīng)用

在土壤環(huán)境監(jiān)測中運用分子間吸收譜線技術(shù)也往往會引起各種影響，包括來自光譜、電離和物理化學(xué)多個層次的影響因素。對光譜干擾問題而言，在進行土壤環(huán)境試樣的檢測環(huán)節(jié)中，由于各種元素的收線高度重合，本身就會形成光譜干擾影響，同時由于元素所呈現(xiàn)出來的特征不同，不同的元素之間就會主動吸收光輻射，這就會造成元素之間的波長差變小，進而對生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生很大的負面影響。所以，在生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測流程中，使用原子吸收光譜法的同時也需要全面利用其他的波長類型進行分析，有效改善對生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測結(jié)果。其次對于電離干擾來說，主要表現(xiàn)在堿土金屬和堿金屬直接的電離影響上，土壤中的離子也會吸收波長產(chǎn)生的輻射，所以會導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果精確度下降。結(jié)合這一現(xiàn)象，可以選擇低溫火焰，其主要原因是由于低溫火焰能夠有效降低電力。為了進一步提升土壤環(huán)境監(jiān)測的準(zhǔn)確度，在進行監(jiān)測過程中也要適當(dāng)添加緩沖劑，以此來降低電力干擾。最后，在進行物力干擾的消除過程中，由于物力干擾是通過標(biāo)準(zhǔn)溶液和試液溶液的直接物理性質(zhì)差距所引發(fā)的，例如兩種試液的濃度或表面張力不同，所以在開展環(huán)境監(jiān)測過程中，一般可以選擇不同的監(jiān)測方法來達到精準(zhǔn)監(jiān)測效果，避免由于物理反應(yīng)所帶來的結(jié)果偏差。例如在火焰原子光譜吸收法應(yīng)用中，不同的溶液黏度不同，會產(chǎn)生霧化效率差異，使霧化速度與大小均受到影響。所以，在采用原子吸收光譜法進行土壤環(huán)境監(jiān)測過程中，要盡可能地讓標(biāo)準(zhǔn)溶液與試液充分混合，從而減少對土壤環(huán)境監(jiān)測成果的干擾[6]。

5 結(jié)語

綜上所述，不同的方法在土壤環(huán)境監(jiān)測中雖然起到了關(guān)鍵的作用，但在實際使用中卻都各自體現(xiàn)了很明顯的優(yōu)缺點，所以通過對不同的原子吸收光譜學(xué)方法的有效分析，能夠為土壤環(huán)境監(jiān)測工作提供數(shù)據(jù)支撐，從而保證了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過對原子吸收光譜方法的基礎(chǔ)研究，從多種視角進一步認識原子吸收譜線學(xué)，同時了解其優(yōu)點與不足，為今后的土壤環(huán)境監(jiān)測工作提出了更有效的原子吸收光譜方法。對原子吸收光譜方法的性質(zhì)進行深入研究，并根據(jù)檢測手段的合理選用，全方位提高了土壤環(huán)境監(jiān)測精度，為今后的土壤環(huán)境治理與保障提供了依據(jù)，另外對原子吸收光譜法在土壤檢測中的實際應(yīng)用進行分析，運用科學(xué)有效的方法，使土壤的環(huán)境問題予以改善。