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

郭麗娟 王小楠

1.山東魯美克環(huán)境工程有限公司；2.濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司安居煤礦

1 引言

我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展成就了許多行業(yè)的崛起，GDP數(shù)值也不斷超越各國，走在世界前端，從農(nóng)業(yè)大國慢慢轉(zhuǎn)向工業(yè)大國，但是隨著社會(huì)發(fā)展隨之而來的就是環(huán)境的污染，例如房地產(chǎn)行業(yè)要建造房屋就需要大量土地，就會(huì)涉及大量植被消失，植物凈化空氣的能力也在不斷消失，有可能會(huì)造成土地沙漠化等更嚴(yán)重的后果。還有一些工廠為了發(fā)展減少污水處理的成本，就會(huì)將一些污染物直接排放到土壤中或河流中，再經(jīng)過生物圈的水循環(huán)以酸雨的形式降落。原子吸收光譜法能夠很好的監(jiān)測土壤環(huán)境中重金屬和一些污染物的含量，通過數(shù)據(jù)或者模型的方式反饋給工廠和一些公司，采用合理的手段減少土壤污染。下文主要對原子吸收光譜法的優(yōu)缺點(diǎn)及其在土壤環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用展開闡述。

2 原子吸收光譜法的概述

在化學(xué)的元素周期表中能了解到每個(gè)原子的外層電子排布圖都不相同，各種元素的原子結(jié)構(gòu)也是不相同，還有一些同位素存在，例如氕、氘、氚。同位素的存在在土壤中一般比較難監(jiān)測出來，但是原子吸收光譜法能夠做到。原子在進(jìn)行躍遷的時(shí)候都會(huì)得到一部分能量，才能夠從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，就像水要從液態(tài)變化為氣態(tài)是需要從空氣中吸收熱能才會(huì)發(fā)生升華的過程。原子吸收光譜法就是通過原子吸收光譜儀發(fā)出輻射線，原子吸收這個(gè)輻射線發(fā)生躍遷，這個(gè)過程當(dāng)中吸收的程度再通過共振吸收線的方式在電腦上表達(dá)出來，進(jìn)行定量和定性的分析的一種方法。原子吸收光譜法就是利用原子吸收特定的輻射線時(shí)的吸收程度來進(jìn)行定量分析。

3 土壤環(huán)境監(jiān)測的意義

土壤是人類生產(chǎn)生活的重要生產(chǎn)資料，不論是以前的農(nóng)業(yè)國家還是現(xiàn)如今的工業(yè)國家，都是需要土壤這個(gè)重要的生產(chǎn)資料。因?yàn)槿祟愋枰M(jìn)食，農(nóng)作物的生產(chǎn)需要在土壤中進(jìn)行，所以土壤對于人類的重要性不言而喻。但是現(xiàn)如今隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷提升與發(fā)展，土壤環(huán)境越來越糟糕，一些加工廠為了節(jié)約污水處理的成本直接將污水排放至土壤中，然后經(jīng)過生物圈的水循環(huán)又以酸雨的形式使土壤受到二次傷害。

在“金山銀山就是綠水青山”的發(fā)展理念下，國人應(yīng)當(dāng)重視環(huán)境保護(hù)的重要性，一些工業(yè)管理者也應(yīng)當(dāng)服從規(guī)章制度以自己的力量保護(hù)環(huán)境，保護(hù)土壤環(huán)境。本文中運(yùn)用原子吸收光譜法對土壤中污染物進(jìn)行檢測，主要是重金屬含量和形態(tài)的檢測，通過檢測數(shù)據(jù)對土壤環(huán)境采取一些改進(jìn)措施，不斷加強(qiáng)土壤環(huán)境的凈化，將污染物和一些重金屬含量控制在合理范圍內(nèi)，讓國民吃得放心，過得開心，富有精氣神，這就是土壤環(huán)境監(jiān)測的意義。

4 原子吸收光譜檢測方法

4.1 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜法是使用最廣泛的一種原子吸收光譜法，最常用的是空氣—乙炔火焰，其具有操作簡單方便，同時(shí)檢測速度快成本也比較低等優(yōu)點(diǎn)，但是對于一些比較微量的樣本不能進(jìn)行檢測，因?yàn)榛鹧鏈囟容^低不能夠進(jìn)行很好的元素分離，就會(huì)導(dǎo)致靈敏度低，所以對于樣本量的要求也比較多。其工作原理主要是通過火焰給予原子能量，原子經(jīng)過吸收能量發(fā)生躍遷，每個(gè)原子吸收的程度不同，從而表現(xiàn)出不同的吸收線，然后對吸收線進(jìn)行分析做出定量分析。

4.2 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法是采用石墨這種材料作為原子化器，石墨爐具有靈敏度高、操作簡單、進(jìn)樣量少等特點(diǎn)，對于一些樣品量很少的物質(zhì)能做到較好分析。但是其缺點(diǎn)也比較明顯，例如精度較差、成本很高，檢測一次需要花費(fèi)較高成本，對于一些比較復(fù)雜物質(zhì)的檢測過程，會(huì)出現(xiàn)很高的干擾從而導(dǎo)致結(jié)果不盡人意。在土壤檢測過程中不太實(shí)用，因?yàn)橥寥乐兴镔|(zhì)比較復(fù)雜，同時(shí)為了保證檢測的準(zhǔn)確性會(huì)進(jìn)行幾次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，不僅效果不太理想還會(huì)付出較高成本，因此在土壤物質(zhì)檢驗(yàn)過程中不建議使用。

4.3 氫化物發(fā)生法

氫化物的歷史相對于前兩種方法來說較短，但是其檢測靈敏度極強(qiáng)，特別是針對一些能夠很容易形成氫化物的物質(zhì)極易檢出，例如Se、Hg、Sn、Pb等元素，這些元素都是土壤中富含的一些重金屬物質(zhì)。氫化物發(fā)生法實(shí)現(xiàn)了要分析的元素與基體分離的效率，具有干擾率小、進(jìn)樣效率高等明顯優(yōu)勢，對于土壤中的砷和一些河底沉淀物鉛都具有很強(qiáng)的檢出性，是針對土壤物質(zhì)檢測的一種好方法。

5 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測中的特點(diǎn)

5.1 選擇性強(qiáng)

土壤環(huán)境中有許多原子存在，還有許多共存的原子難以分離，就像是雙胞胎似的難以從土壤中將其完全的剝離開來，這就對分析過程造成了很大的阻礙。但是原子吸收光譜法能夠很好地解決這個(gè)問題，因?yàn)樵游展庾V法的特點(diǎn)之一就是選擇性較強(qiáng)，能夠?qū)泊嬖舆M(jìn)行比較好的分離，就算對不能分離的共存原子也能夠做到檢測。這是因?yàn)樵游展庾V相對于其他來說比較窄，譜線干擾的概率很小，這是因?yàn)樽V線僅僅是在主線系發(fā)生指定變化，這樣與發(fā)射譜線相比較，干擾線與譜線之間線與線之間重疊的概率很小，所以光譜的干擾性很少能夠做到較高的選擇性。即使在沒有將鄰近的線分的很徹底的情況下也不會(huì)對原子吸收光譜的分析過程產(chǎn)生任何干擾。

5.2 靈敏度高

到目前為止原子吸收光譜分析法是檢測原子吸收程度最靈敏的方法之一，在進(jìn)行大多數(shù)元素分析的時(shí)候能夠達(dá)到ppm數(shù)量級，這樣分析靈敏度能夠使得分析過程變得更加簡單，大大地縮短了測定分析的時(shí)間，節(jié)約了時(shí)間成本，同時(shí)還能夠加快檢測的速度，提高檢測的效率。靈敏度高的特點(diǎn)能夠使檢測過程中進(jìn)樣較少，減少前期采樣的成本投入。在土壤檢測過程中，可能會(huì)由于地勢危險(xiǎn)導(dǎo)致采樣困難，或者采樣數(shù)量少不易分析等情況的存在，原子吸收光譜法就很好地解決了這個(gè)問題，靈敏度高就能減少進(jìn)樣還能正常進(jìn)行分析，即使是微量、痕量、甚至是超痕量都可以進(jìn)行檢測，提高土壤分析效率。

5.3 分析范圍廣

原子吸收光譜法能夠進(jìn)行測定分析的元素已經(jīng)多達(dá)73種，可見范圍之廣泛。對于土壤中的元素檢測再合適不過，土壤中成分比較復(fù)雜采用分析范圍較廣的吸收光譜更易分析。同時(shí)原子吸收光譜法不僅能夠測定液態(tài)樣品還能夠測定氣態(tài)和固態(tài)的樣品，就不需要分析者再對土壤進(jìn)行稀釋操作，方便又簡潔。同時(shí)，原子吸收光譜法不僅能夠?qū)饘僭剡M(jìn)行測定還能對非金屬元素進(jìn)行間接測定。可見，原子吸收光譜法的分析范圍之廣，不同性質(zhì)不同形態(tài)不同量級的元素都能進(jìn)行分析，在土壤檢測過程中能很好地分析其中的物質(zhì)，從而反饋給相關(guān)機(jī)構(gòu)，做好相關(guān)的環(huán)境保護(hù)的一些措施。

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

6.1 土壤中重金屬含量檢測的應(yīng)用

目前土壤中重金屬的污染比較嚴(yán)重，正是因?yàn)橐恍┕S的廢棄物和污水沒有經(jīng)過處理就直接排放到土壤中，土壤中含有植物和農(nóng)作物，經(jīng)過土壤中農(nóng)作物根的吸收作用在植物體中富集，然后種植后的農(nóng)作物中檢測出農(nóng)作物超標(biāo)，危害國人身體健康。或者重金屬到達(dá)植物葉片或者植物的氣孔以氣體或者灰塵的形式散發(fā)到大氣中，人類從呼吸道吸收進(jìn)去也會(huì)危害到人類健康。所以就應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對土壤中重金屬的檢測，將土壤中重金屬的含量控制在一定范圍內(nèi)，保證環(huán)境和人類的健康，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

原子吸收光譜法在土壤重金屬的檢測中具有靈敏度高、檢測效率高、所需樣本含量少等優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)ν寥拉h(huán)境監(jiān)測做出很好貢獻(xiàn)。原子吸收光譜法檢測土壤中重金屬的基本原理是，從空心陰極燈或者光源中發(fā)射出一束特定波長的光線，每種元素會(huì)吸收波長的光，然后再通過原子化器中特定待測元素的原子蒸汽時(shí)，部分的蒸汽被吸收，根據(jù)吸收程度的不同，然后通過原子分光光度計(jì)進(jìn)行測定吸光度，連接電腦做出吸收光譜，進(jìn)行元素吸收的分析，測定出土壤中某種重金屬的含量。但是這種方法只能定量分析不能進(jìn)行定性分析，這就需要在檢測之前對土壤中所含的重金屬進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)。

重金屬對土壤的污染是導(dǎo)致土壤肥力降低的原因，也是導(dǎo)致農(nóng)作物重金屬超標(biāo)、農(nóng)作物發(fā)育緩慢、生長矮小的直接原因。通過原子吸收光譜法測定土壤中某種金屬的含量之后，再采用一系列有效方法能夠降低其中重金屬含量，從而提升土壤肥力加快農(nóng)作物生長，有助于土壤環(huán)境的凈化。

6.2 土壤中重金屬元素形態(tài)分析方面的應(yīng)用

元素形態(tài)主要是指土壤中重金屬元素是以怎樣的方式存在，如一些比較穩(wěn)定的存在方式：有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)；穩(wěn)定性比較差的形態(tài)有：交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氫化物結(jié)合態(tài)等。土壤中的重金屬污染物主要都是以穩(wěn)定性較差的方式存在，元素形態(tài)的分析能對重金屬起到對癥下藥的作用。但是對于重金屬形態(tài)的分析比重金屬含量的分析更難，這就對土壤檢測提出了很大的挑戰(zhàn)。但是原子吸收光譜法能做到對土壤中重金屬形態(tài)的檢測，且擁有檢出率高、靈敏度高、樣本量少等優(yōu)勢是分析化學(xué)中的一個(gè)重大進(jìn)步。能夠很好地檢測出土壤中游離態(tài)的重金屬，也能夠檢測出像Fe—Zn這樣的結(jié)合態(tài)。通過這樣的檢測能夠讓環(huán)境監(jiān)測局對土壤重金屬成分做出正確理性的判斷，從而采取相關(guān)措施對土壤中的穩(wěn)定性較好的重金屬進(jìn)行降解，起到保護(hù)土壤環(huán)境，維護(hù)土壤環(huán)境的安全的作用。

6.3 土壤中重金屬污染評價(jià)方面的應(yīng)用

對土壤中重金屬含量進(jìn)行檢測之后還能對其污染做出評價(jià)，評價(jià)其價(jià)值是否值得投資等。例如在現(xiàn)在大趨勢下，有些創(chuàng)業(yè)者會(huì)回到家鄉(xiāng)通過承包農(nóng)田進(jìn)行菌類種植，提高創(chuàng)業(yè)利潤，這是一個(gè)好的投資項(xiàng)目。菌類本身對土壤就能起到促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)，凈化土壤的作用，同時(shí)一個(gè)良好的土壤環(huán)境也能對菌類的生長起到促進(jìn)作用。這就需要進(jìn)行土壤重金屬污染評價(jià)，檢測土壤中鉻離子、鉛離子、砷離子等重金屬含量是否超標(biāo)，這些重金屬物質(zhì)超標(biāo)會(huì)對菌類生長起抑制作用。

對土壤重金屬污染進(jìn)行評價(jià)能夠幫助投資者判斷是否值得投資，對土壤的肥沃度做出正確的判斷，盡管前期會(huì)有較大成本投入，但是是為了后期更大的收益。所以原子吸收光譜法的應(yīng)用在土壤中重金屬污染評價(jià)方面也占據(jù)重要的地位。

7 結(jié)束語

土壤是人類生存生活不可缺少的物質(zhì)之一，但是隨著目前工業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致許多土壤的污染很嚴(yán)重，大多重金屬隨著污水、垃圾的排放在土壤中沉淀，隨之引起農(nóng)作物的重金屬含量超標(biāo)，引起酸雨的發(fā)生。這些都是土壤環(huán)境污染帶來的弊端，所以需要對土壤環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測。原子吸收光譜法的出現(xiàn)能夠有效地利用其靈敏度高、檢出效率高等優(yōu)勢檢測出土壤中的重金屬含量，并且對其在土壤中的元素存在形態(tài)和土壤污染評價(jià)做出科學(xué)客觀的判斷，從而采取相關(guān)措施幫助土壤恢復(fù)生機(jī)活力，促進(jìn)土壤的可持續(xù)發(fā)展。