土壤環(huán)境監(jiān)測中原子吸收光譜法分析

鐘志強(qiáng)

（廣東惠利通檢測技術(shù)有限公司，廣東 惠州 516000）

原子吸收光譜法（AAS）主要是通過物質(zhì)產(chǎn)生的原子蒸汽吸取待測對象的特征譜線，并對其定量分析。根據(jù)待測對象的波長，采用試驗(yàn)樣品產(chǎn)生的蒸汽吸收輻射量來計(jì)算待測元素的實(shí)際含量。當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，工業(yè)產(chǎn)值不斷提升，環(huán)境污染也日益加重，尤其是重金屬污染，因其本身具有毒性，難以被生物降解，對土壤環(huán)境造成極大不良影響。對此，可以采用原子吸收光譜法進(jìn)行監(jiān)測，促進(jìn)土壤生態(tài)環(huán)保工作的有序開展。

1 原子吸收光譜法的技術(shù)原理

原子吸收光譜法是在待測對象基態(tài)原子蒸汽基礎(chǔ)上，對特征譜線進(jìn)行吸收，根據(jù)譜線的特征與強(qiáng)弱程度進(jìn)行定量或定性分析的方法。在實(shí)際應(yīng)用過程中，因原子對輻射的吸收具有選擇性，且各類元素的原子結(jié)構(gòu)、外層電子布設(shè)方式不同，元素從基態(tài)變?yōu)榈谝患ぐl(fā)態(tài)時(shí)所吸收的能量也存在著差異，各元素共振吸收線的特征也有所區(qū)別。對此，可將其作為元素定性的依據(jù)，將吸收輻射強(qiáng)度作為定量依據(jù)。該方法可有效監(jiān)測重金屬元素，使人們能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握土壤環(huán)境的污染源，并根據(jù)AAS的基本原理進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，從而有效地保護(hù)土壤的生態(tài)環(huán)境。

2 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1 樣品預(yù)處理

樣品預(yù)處理為AAS監(jiān)測土壤環(huán)境的首要內(nèi)容，消化與熔融成為樣品處理的兩種有效措施。可使土壤礦物質(zhì)晶格被破壞，促進(jìn)內(nèi)部待測對象轉(zhuǎn)移。當(dāng)前，多采用堿溶、酸溶的方式進(jìn)行土壤消化與熔融處理。對于堿溶來說，碳酸鉀法、氫氧化鈉法等均為常用處理模式，酸溶系統(tǒng)主要采用高氯酸、硝酸搭配方式，可取得理想的土壤處理效果。例如，將HF-HNO3-HClO4投入土壤消化中，HF會對土壤晶格進(jìn)行破壞，待測樣品轉(zhuǎn)變?yōu)镾iF4，促進(jìn)元素?fù)]發(fā)。此時(shí)，將HNO3加入其中可促進(jìn)土壤溶解，為AAS的應(yīng)用提供充足原料，使土壤元素得到準(zhǔn)確測量。

2.2 監(jiān)測技術(shù)

2.2.1 鉛的消解與測定

鉛元素現(xiàn)已成為土壤污染的主要元素之一，利用AAS法可準(zhǔn)確測定該元素含量。根據(jù)檢測原理，先取特定量的土壤樣品實(shí)施酸化處理，與HF-HNO3-HClO4相結(jié)合進(jìn)行消解，在噴入乙炔火焰后進(jìn)行處理。待其消解后，利用不完全驅(qū)酸、完全驅(qū)酸等方式對比分析，選取10份樣品放入消解罐中，每份0.5 g，再加入5 ml的硝酸與2 ml的氫氟酸，與此同時(shí)開展空白實(shí)驗(yàn)，將內(nèi)部材料混合后密封起來，放入微波消解儀中進(jìn)行處理，主要流程如表1所示[1]。

表1 土壤鉛含量消解流程

在消解后徹底冷卻后，加入1 ml的高氯酸。經(jīng)過驅(qū)酸處理后將50 ml的溶液取出，利用AAS技術(shù)進(jìn)行測定，測定結(jié)果分為完全驅(qū)酸、不完全驅(qū)酸兩種，如表2、表3所示。從有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07427（GSS-13）證書上可查，鉛標(biāo)準(zhǔn)值為（21.6±1.2）mg/kg，可見上述樣品中驅(qū)酸不完全樣品受干擾現(xiàn)象顯著，導(dǎo)致土壤中鉛含量較高，均值為24.1 mg/kg；在完全驅(qū)酸樣品中，測定均值為21.0 mg/kg，將各類元素干擾去除后得出測定范圍。可見，AAS測定土壤中鉛消解完畢后，應(yīng)為完全驅(qū)酸。

表2 不完全驅(qū)酸測定結(jié)果

表3 完全驅(qū)酸測定結(jié)果

2.2.2 金屬形態(tài)分析

以某砂金礦土壤的研究為例，當(dāng)?shù)赝寥乐袔в写罅縃g與As元素，含量已經(jīng)超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。與天然林木土壤相比，當(dāng)?shù)氐腃r與Zn含量也不斷增加，因此在當(dāng)?shù)赝寥乐卫碇袘?yīng)綜合考慮水分、養(yǎng)分等因素，由此提高土壤的治理效果。以某公路沿線的土壤為例，應(yīng)在多個(gè)地點(diǎn)取樣，然后對Pb、Zn、Ni等元素的含量、形態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可知，在本次取樣中重金屬的占比較高，尤其是鋅元素，當(dāng)?shù)貏?wù)必要重視該元素對土壤環(huán)境的影響[2]。此外，還要針對河流沿岸的不同位置土壤進(jìn)行采集，同樣進(jìn)行重金屬的形態(tài)分析。根據(jù)分析結(jié)果可知，該沿岸土壤主要受到Cd、Zn、Cu與As等重金屬的污染，且污染程度已經(jīng)為重度，尤其是As元素，多是以廢渣的形態(tài)存在，Cu以有機(jī)結(jié)合態(tài)的形式存在，當(dāng)?shù)貞?yīng)重點(diǎn)對上述兩類重金屬進(jìn)行治理。

2.3 監(jiān)測干擾處理

在土壤監(jiān)測工作中，外界因素常常對監(jiān)測效率與精準(zhǔn)度產(chǎn)生不良影響。對此，在土壤監(jiān)測中應(yīng)注重干擾源的優(yōu)化處理。以光譜干擾為例，在土壤監(jiān)測中十分普遍，待測元素分線與共存元素吸收線較為相似，對觀測準(zhǔn)確度產(chǎn)生不良影響。對此，應(yīng)對分析線進(jìn)行優(yōu)化選擇，使波長相近情況得到有效控制。再如，電離干擾也屬于土壤樣品監(jiān)測中頻繁出現(xiàn)的干擾形態(tài)，主要對堿金屬的影響較為顯著。當(dāng)上述情況發(fā)生時(shí)，原子吸收光譜法難以準(zhǔn)確吸收待測對象的特定波長，進(jìn)而影響最終結(jié)果。在此類問題處理中，可采用火焰法進(jìn)行監(jiān)測，并密切關(guān)注火焰溫度，使其始終處于低溫狀態(tài)，將電離干擾降到最低。

2.4 污染元素分析

在科學(xué)全面地了解土壤的污染狀況后，應(yīng)以此為依據(jù)制定相應(yīng)的控制方案，促進(jìn)土壤生態(tài)環(huán)保工作的開展，這也是土壤環(huán)境監(jiān)測的初衷。對此，在實(shí)際監(jiān)測中應(yīng)注重對污染元素的分析與評價(jià)，主要包括以下內(nèi)容：一是在原子吸收光譜法技應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)污染元素形態(tài)、類型與含量進(jìn)行分析，充分掌握當(dāng)前土壤污染程度；二是明確污染元素后，對各個(gè)元素的分布情況進(jìn)行綜合分析，針對相同區(qū)域內(nèi)不同污染元素的占比進(jìn)行調(diào)查，為后續(xù)污染治理提供便利；三是在了解污染元素分布與含量后，根據(jù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)保要求，深入挖掘污染成因，制定相應(yīng)的治理措施，使土壤污染得到有效控制，土地資源得到切實(shí)保障。

3 原子吸收光譜法的應(yīng)用要點(diǎn)與發(fā)展趨勢

在AAS應(yīng)用中，土壤選擇對測定結(jié)果準(zhǔn)確度有較大影響，因此在確定處理技術(shù)后，還應(yīng)對樣品預(yù)處理進(jìn)行規(guī)范。在樣品懸浮液處理中，為了提高監(jiān)測結(jié)果準(zhǔn)確性，可將樣品制作成懸浮液，使樣品監(jiān)測需求得以滿足。在樣品微波消解中，由操作者事先按照特定比例將樣品與酸混合液混合，再將混合物放在微波容器中加熱，由此提高酸性液體與土壤試樣的反應(yīng)速度。根據(jù)處理流程可知，此種方式可有效縮短融樣時(shí)間，在消解環(huán)境影響下，使分析目標(biāo)的損失量降到最低，確保后期測量準(zhǔn)確可靠。土壤作為地球表層的重要組成部分，與人類生存息息相關(guān)，當(dāng)前受重金屬污染不斷加重，且難以察覺和生物降解。為了進(jìn)一步識別污染物類型與程度，在未來的發(fā)展中，首先要加大儀器與技術(shù)方面的投資力度，將AAS的各項(xiàng)優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，彌補(bǔ)現(xiàn)存的缺陷與不足。國家和政府應(yīng)給予更大的政策扶持，爭取使該技術(shù)普及到更多需要土壤監(jiān)測的地區(qū)；其次，加大儀器設(shè)備投資，采取多種節(jié)約儀器設(shè)備成本措施，特別是土壤污染嚴(yán)重的區(qū)域，更要注重硬件設(shè)備上的投資，使土壤環(huán)境得到良好改善；最后，加大人才培養(yǎng)力度，專項(xiàng)培養(yǎng)熟練AAS的專業(yè)人才，通過定期開展專業(yè)培訓(xùn)的方式，使其熟練掌握儀器設(shè)備的操作方法，將AAS技術(shù)游刃有余地應(yīng)用到土壤環(huán)境監(jiān)測中[3]。

4 結(jié)論

我國國土面積廣闊，土壤污染治理難度較大。隨著人們的生態(tài)環(huán)保意識不斷增強(qiáng)，土壤環(huán)境保護(hù)力度提升，將AAS法引入土壤環(huán)境監(jiān)測成為生態(tài)保護(hù)的關(guān)鍵。在技術(shù)應(yīng)用中，可通過樣品預(yù)處理、監(jiān)測技術(shù)、監(jiān)測干擾處理、污染元素分析等方式，為土壤治理提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。不但要重視樣品處理測量，還應(yīng)對監(jiān)測干擾問題加強(qiáng)重視，確保污染元素測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，促進(jìn)土壤環(huán)境質(zhì)量提升，真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。