原子吸收光譜法在土壤環境監測中的應用

楊 蓉

（新疆出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心，烏魯木齊 830063）

當前，隨著工農業的迅速發展，很多污染物隨著污灌、地表徑流、大氣沉降、降雨等途徑進入土壤中，故而土壤污染問題日趨嚴重[1]。由于重金屬具有易積累、毒性強、難察覺和難降解等問題，優化土壤重金屬污染檢測工作迫在眉睫。而隨著實踐技術的深入發展和眾多學者的不斷探究，分析土壤中重金屬種類、形態和污染度等的檢測方法層出不窮，其中，以原子吸收光譜法應用范圍最廣。

1 原子吸收光譜法主要類型

原子吸收光譜法出現于20世紀中葉，其主要通過物質所產原子蒸汽在不同元素中的譜線吸收反應實現待測元素的定量分析。通過所檢元素的特定波長，人們可得到所檢元素所產原子蒸汽的輻射吸收值，進而得出所檢元素在土壤中的含量。一般情況下，原子多處于基態狀態，當原子蒸汽為輻射光所照射時，基態原子即可從輻射中實現能量吸收進而轉為激發態原子，而在原子第一激發態過程中可引發共振吸收反應，由此產生原子吸收光譜。當前，主要原子吸收光譜類型有火焰原子吸收法、石墨爐原子吸收法和氫化物發生等途徑。

1.1 火焰原子吸收法

作為現今應用最廣的檢測途徑，火焰原子吸收法多應用于易原子化的元素檢測中。基于其檢測效率高、分析成本較低且重現性良好等優點，火焰原子吸收法對絕大多數元素具有較高的檢測極限和靈敏度。實驗室中應用最廣泛的當屬空氣-乙炔火焰，但其火焰相對溫度僅為2 300℃，針對高沸點、高熔點元素和容易合成難熔氧化物的元素而言，其原子化較難。于是，有學者提出可采取氧屏蔽空氣-乙炔火焰和預混合氧-乙炔火焰模式將火焰溫度提高，進而增加原子化概率。此外，人們可以應用氧化亞氮-乙炔火焰來提高火焰溫度。試驗結果表明，采取氧化亞氮-乙炔火焰，不僅可將溫度提高至3 000℃，原子化部分高溫元素，還可提高整體工作效率，將其化學干擾降到一定程度。由于原子化效率和霧化效率等因素影響，火焰原子化技術定量分析經可達到10-6數量級，故而含量較低的土壤樣品中無法有效檢測痕量元素。

1.2 石墨爐原子吸收法

石墨爐原子吸收法主要基于石墨材料制成的原子化器，通過加熱電流達到將元素原子化的目的。石墨爐原子化器問世于1967年，由Massmann研制，其主要采用縱向電阻加熱模式，操作簡便且結構相對簡單，但其信號重現性較差且溫度分布不均，故而整體效果不盡如人意。隨著科學技術的進步，平臺原子化模式和探針原子化石墨爐相繼問世。石墨爐絕對靈敏度可達到10-12～10-14g，其較火焰原子化技術增加了2～3個數量級，故而顯著提高了實驗室原子化效率。與此同時，石墨爐原子吸收光譜法在實踐過程中安全性高，可自由調節原子化溫度，故而其可操作性更高。此外，相對火焰原子化技術，石墨爐技術僅需5～100 μL樣本量就可完成單次測定工作，故而其進樣量更小。當然，石墨爐技術也存在一定局限性，如其檢測速度較慢，可分析廣譜較窄。同時，石墨爐整體成本過高，且檢測精度較低，相較火焰技術而言，重現性較差。經實驗室證實，石墨爐變異系數可達4%～12%，因此，針對基體較為復雜的樣本，其背景吸收干擾性過大，降低了檢測精確率。

1.3 氫化物發生法

作為靈敏度極高的檢測方法，氫化物發生法多應用于易形成氫化物的元素檢測中，如Ge、Bi、Hg、Sb、As、Sn、Pb、Se等。火焰檢測技術對易形成氫化物元素的檢測靈敏度較低，而采取硼氫化鈉處理加上酸性介質影響后，此類元素可化學還原成氫化物氣狀形態，減少檢測限濃度，試驗發現，其濃度約至10-9數量級。氫化物發生法主要通過分離基體和元素的模式實現元素原子化，可降低外界因素干擾，具有極高的進樣效率。眾多學者通過試驗發現，氫化物發生法的進樣效率約為100%，因此，其可廣泛應用于Hg、Sn、As等在原子化過程中易轉化為不穩定氫化物的元素檢測中。

2 原子吸收光譜法在土壤環境監測中的應用

2.1 原子吸收光譜法在土壤環境監測中的優勢

在土壤環境監測中，原子吸收光譜法具有以下優勢：一是分析范圍廣。它不僅可有效檢出主量元素和低含量元素，還可檢測有機物和非金屬元素。二是選擇性強。原子吸收光譜法可有效降低譜線間的重疊，減少各類因素干擾。三是檢測靈敏度高。原子吸收光譜法可準確檢測10-9數量級濃度范圍內元素。

2.2 原子吸收光譜法在重金屬污染評估中的應用

由于農藥的大量使用、工業廢氣和廢渣過量排放等，當前土壤重金屬污染日趨嚴重。學者梁瓊等人采集甘肅27個縣市的土壤樣本進行檢測，其中，Cr檢測采取火焰原子吸收光譜法，Cd、Pb檢測采取石墨爐原子吸收光譜法，得出Cr、Cd、Pb值數均超過甘肅土壤背景值，其含量分別達79.46 mg/kg、0.13 mg/kg、24.55 mg/kg，表明甘肅省存在一定生態危害，其主要原因是人類生活和工業生產的影響，因此人們應積極治理各類污染源[2]。

在眾多重金屬污染中，鉛可以說是最為常見且造成污染性較大的重金屬。筆者采取火焰原子吸收光譜法對土壤中所含鉛量進行測定，主要步驟如下：（1）擇取適量土壤樣品，予以酸化處理；（2）采取HNO3-HF-HClO4混酸體系予以消解，將空氣-乙炔火焰噴入；（3）比較不完全趕酸樣本和完全趕酸樣本，擇取10份標準土壤樣本，每份重量約為0.5 g，然后將其置入聚四氟乙烯中消解，在此基礎上，倒入氫氟酸2 mL、硝酸5 mL做同步空白試驗。

土壤樣本經消解冷卻后倒入高氯酸1 mL，后予以趕酸定容處理，直至其容量達50 mL，在此基礎上用原子吸收光譜儀檢測。詳細檢測結果如表1、表2所示。

表1 鉛的檢測結果（不完全趕酸）

表2 鉛的檢測結果（完全趕酸）

在標準土壤測定中，其檢測值為21.4±1.1 mg/kg。由表1、表2可知，在不完全趕酸鉛測定中，其干擾性更強，提高了整體檢測數值。因此，應用火焰吸收光譜法進行鉛測定時應采取完全趕酸模式，以提高測定精確率。

2.3 原子吸收光譜法在分析重金屬形態中的應用

在沉積物與土壤中，重金屬可以以殘渣態和有機結合態、硫化物、碳酸鹽結合態、交換態、鐵錳氧化物結合態等形式存在，其中，前兩種形態穩定性較強，后三種形態穩定性較弱，而重金屬元素形態不穩定性也提高了其土壤重金屬污染的概率。相較元素總量分析而言，元素形態分析的操作更復雜，不僅要求分析方法要具有極高的靈敏度，還要求其具有極佳的分離能力。當前，作為分析科學領域極具研究價值的方向之一，元素分析形態相關實踐層出不窮。例如，李榮喜等人針對瀏陽河表層底泥采取火焰原子吸收法進行相關重金屬形態分析，研究表明，在Cu、Cd、Pb、Ni重金屬元素中，以Cd含量最高，其最高含量達40 mg/kg，遠高于限值（0.3 mg/kg），而Cu、Pb、Ni則處于輕度生態危害狀態[3]。其中，Cu、Cd、Pb多以鐵錳氧化物結合態、碳酸鹽結合態和有機結合態等形式存在，此三種金屬易因電位、pH、有機質水平等底泥環境因素改變而發生形態變化，進而提高自身在水體中的釋放水平。相較而言，Ni主要表現為殘渣態，故而其穩定性相對較好，不易受環境變化影響。

3 結語

在土壤環境監測中，可采取的原子吸收光譜法包括火焰原子吸收法、石墨爐原子吸收法和氫化物發生法。其中，原子吸收光譜法有助于人們開展重金屬的定性、定量分析，它在工農業生產和社會生態環境建設中均發揮著不可忽視的作用。

1 白玉澤.原子吸收光譜法在土壤環境監測中的應用[J].山西化工，2017，37（1）：62-64.

2 梁 瓊，倪 霞，崔 琴，等.甘肅土壤重金屬元素含量及潛在生態危害評價[J].國外醫學（醫學地理分冊），2017，38（4）：336-338.

3 李榮喜，雷 敏，余取民，等.瀏陽河表層底泥中重金屬形態分析研究[J].工業安全與環保，2014，40（6）：19-21.