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

米拉古麗·加爾恒

（新疆維吾爾自治區(qū)塔城生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，新疆 伊犁哈薩克自治州 834700）

引言

隨著工業(yè)化水平的提升，工廠生產(chǎn)中排放的污染物增多，部分企業(yè)為了節(jié)約成本，隨意排放污染物，對(duì)土壤環(huán)境造成嚴(yán)重污染，非常不利于人類社會(huì)的發(fā)展。因此，需要加大對(duì)土壤環(huán)境的保護(hù)力度，引進(jìn)先進(jìn)的土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)，如原子吸收光譜法等，以便對(duì)土壤環(huán)境污染狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，明確污染類型、污染程度、污染范圍等，以為土壤環(huán)境污染的治理提供依據(jù)，為土壤環(huán)境的優(yōu)化奠定良好的基礎(chǔ)。

1 原子吸收光譜法的主要類型

1.1 氫化物法

重金屬是引起土壤環(huán)境污染的重要因素，一旦重金屬元素在植物體內(nèi)累積、富集，并間接進(jìn)入到人體內(nèi)，會(huì)嚴(yán)重危害人體健康。其中銫、硒、鉑、汞、砷等重金屬元素往往是以陰離子的形態(tài)存在于土壤環(huán)境中，因此可以采用氫化物法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。要利用硼氫化鈉對(duì)土壤進(jìn)行預(yù)處理，還原土壤中的重金屬元素，使其以陰離子的形態(tài)存在，然后與硼氫化鈉離子發(fā)生反應(yīng)，生成氣態(tài)氫化物。在具體操作中，可采用在河流中注射氫氧化物的形式，對(duì)其中的沉積物、砷元素等進(jìn)行吸收。氫化物法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用具有高效、快速的優(yōu)勢(shì)，操作方便，監(jiān)測(cè)結(jié)果較為精準(zhǔn)，能夠全面分析土壤環(huán)境中的重金屬元素類型，而且還可以精準(zhǔn)測(cè)量其含量，為后續(xù)重金屬污染治理提供依據(jù)，具體如圖1所示[1]。

圖1 氫化物發(fā)生裝置流程圖

1.2 石墨爐原子吸收光譜法

在該技術(shù)方法應(yīng)用中，需要利用電流對(duì)石墨爐進(jìn)行均勻加熱，以便對(duì)土壤中的污染元素進(jìn)行原子化，在此基礎(chǔ)上展開(kāi)分析工作。該技術(shù)方法操作簡(jiǎn)便，安全性好，具有較高的靈敏度，且只需要少量的進(jìn)樣量就可以進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)在檢測(cè)過(guò)程中可以結(jié)合具體情況靈活性調(diào)整原子化溫度。但是該方法檢測(cè)成本較高，精準(zhǔn)度不足，難以對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行重現(xiàn)，且效率較慢，耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，難以對(duì)成分較為復(fù)雜的土壤樣品進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，具體如圖2所示[2]。

圖2 原子吸收光譜儀石墨爐法

1.3 火焰原子吸收光譜法

利用該方法可以對(duì)異原子化元素進(jìn)行檢測(cè)，在具體操作中，可以利用火焰的熱能，將樣品中的元素轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子，其中常用的火焰為空氣-乙炔火焰，可以對(duì)鎘、鉛等三十多種元素進(jìn)行檢測(cè)。該方法在應(yīng)用中具有較高的靈敏度和重現(xiàn)性，檢測(cè)成本低，具有較強(qiáng)的可操作性，檢測(cè)效率較高，在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用，如圖3所示。

圖3 原子吸收光譜儀火焰法

2 原子吸收光譜法的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 具有較高的選擇性

土壤環(huán)境中的污染物類型較多，往往存在多種原子共存的現(xiàn)象，且難以分離，加大了環(huán)境監(jiān)測(cè)難度。利用原子吸收光譜法進(jìn)行土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)，可以充分利用其選擇性較高的優(yōu)勢(shì)，對(duì)共存原子進(jìn)行分離，或者直接對(duì)共存原子進(jìn)行檢測(cè)，且檢測(cè)結(jié)果較為精準(zhǔn)。該方法主要是針對(duì)原子進(jìn)行檢測(cè)，光譜直徑較小，譜線不會(huì)受到外界因素的影響，且干擾線與譜線不會(huì)出現(xiàn)重疊現(xiàn)象，可以突出體現(xiàn)光譜的高選擇性，且能減少干擾，即使與周邊譜線較為接近，也可以對(duì)原子進(jìn)行精準(zhǔn)分析檢測(cè)。

2.2 具有較高的靈敏度

使用該方法對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，其對(duì)污染元素的檢測(cè)精度可以達(dá)到ppm級(jí)別，且使用方便，可操作性強(qiáng)，可以對(duì)元素進(jìn)行快速測(cè)定和分析。由于其靈敏度較高，只需要使用少量的樣本就可以獲得精準(zhǔn)的檢測(cè)結(jié)果，有效控制采樣成本。由于該方法的靈敏度較高，針對(duì)微量、痕量、超痕量樣品，都可以進(jìn)行高效檢測(cè)分析[3]。

2.3 適用范圍廣

該技術(shù)方法能夠?qū)ζ呤喾N常見(jiàn)元素進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，應(yīng)用范圍較為廣泛，對(duì)固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等復(fù)雜樣品都可以準(zhǔn)確檢測(cè)，且不需要對(duì)土壤樣品進(jìn)行稀釋，操作較為便捷和高效。同時(shí)還可以對(duì)金屬元素、非金屬元素進(jìn)行全面檢測(cè)，適用性較強(qiáng)。

3 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用步驟

3.1 樣品處理

為了提升土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)效果，需要在檢測(cè)之前對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理。在實(shí)際工作中，需要使用消化、熔融等方式，對(duì)土壤中的礦物質(zhì)晶格進(jìn)行破壞，并對(duì)樣品中的被測(cè)元素進(jìn)行分離，轉(zhuǎn)移到相應(yīng)溶液中。具體的溶液類型包含堿溶系統(tǒng)和酸溶系統(tǒng)這兩種。前者是通過(guò)堿性物質(zhì)進(jìn)行樣品處理，如碳酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉等；后者是利用酸性物質(zhì)處理樣品，如氫氟酸、硫酸、高氯酸等。在具體工作中，可以對(duì)兩者進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用，從而提升樣品預(yù)處理效果。例如，利用氫氟酸破壞樣品晶格，并利用硝酸對(duì)樣品進(jìn)行溶解，使其轉(zhuǎn)化為液態(tài)，以保障原子吸收光譜法的應(yīng)用效果[4]。

3.2 樣品測(cè)量

在土壤樣品中，部分元素可以直接測(cè)量，如鎂元素、鉀元素、鈣元素等。而部分元素需要提取出來(lái)才能進(jìn)行檢測(cè)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤樣品的有效性檢測(cè)，需要對(duì)待測(cè)樣中的相關(guān)元素進(jìn)行提取，如鐵元素、鋅元素、錳元素等，并利用一次性浸提劑等進(jìn)行測(cè)量，或者使用空氣—乙炔火焰精準(zhǔn)檢測(cè)不同元素的實(shí)際含量。此外，也能夠檢測(cè)被測(cè)元素的酸堿度。

3.3 干擾處理

在檢測(cè)過(guò)程中，往往會(huì)出現(xiàn)一些干擾因素，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度受到影響。因此，需要在檢測(cè)過(guò)程中做好干擾處理工作，消除外界因素的干擾，其中主要的干擾因素就是光譜，尤其是當(dāng)待測(cè)元素分析線與共存元素吸收線距離較為相近的情況下，會(huì)加大光譜的干擾概率。針對(duì)這種情況，需要重新選擇分析線，防止周邊存在波長(zhǎng)相近的譜線，從而減少干擾。此外，還要注重對(duì)電離干擾情況進(jìn)行優(yōu)化處理。當(dāng)土壤樣品中含有堿土金屬、堿金屬時(shí)，會(huì)加大電力干擾力度，容易阻礙特定波長(zhǎng)吸收率，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，因此需要利用火焰法進(jìn)行檢測(cè)，并選擇溫度較低的火焰進(jìn)行操作[5]。

3.4 污染元素分析評(píng)價(jià)

通過(guò)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，可以對(duì)土壤污染現(xiàn)狀進(jìn)行全面分析，掌握污染物類型、含量等，從而制定針對(duì)性的處理措施，強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)效果。因此，需要對(duì)原子吸收光譜法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行全方位分析與評(píng)價(jià)，從而幫助工作人員掌握污染狀況、程度、分布、比例等情況，對(duì)污染比例較高的元素進(jìn)行重點(diǎn)處理。此外，還需要分析檢測(cè)結(jié)果結(jié)構(gòu)，對(duì)土壤環(huán)境污染原因進(jìn)行分析，如工業(yè)園區(qū)周邊土壤環(huán)境中的重金屬污染嚴(yán)重，主要是工業(yè)廢渣、廢氣隨意排放造成的，因此，需要結(jié)合具體情況，制定針對(duì)性的處理措施，調(diào)整區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，減少環(huán)境污染。

4 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 重金屬含量檢測(cè)

隨著工業(yè)化水平的提升，工廠廢棄物、污水隨意排放到土壤中，在植物體中逐漸富集，導(dǎo)致農(nóng)作物重金屬超標(biāo)，對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害[6]。利用原子吸收光譜法對(duì)土壤中的重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)，需要使用空心陰極燈或者光源等發(fā)射特定波長(zhǎng)的光線，土壤中的重金屬元素對(duì)這些光線進(jìn)行吸收，這些吸收的光通過(guò)原子化器中待測(cè)元素的原子蒸汽時(shí)，可以對(duì)部分蒸汽進(jìn)行吸收，然后使用原子分光光度計(jì)對(duì)吸光度進(jìn)行檢測(cè)，并利用計(jì)算機(jī)軟件繪制吸收光譜，以便對(duì)元素吸收情況進(jìn)行分析，從而獲得重金屬元素含量數(shù)值。

4.2 重金屬元素形態(tài)分析

通過(guò)重金屬元素形態(tài)分析，可以幫助工作人員了解重金屬元素是以哪種方式存在于土壤環(huán)境中[7]。其中穩(wěn)定形態(tài)包含有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)；不穩(wěn)定形態(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。可以結(jié)合重金屬元素存在形態(tài)方式，采取針對(duì)性的處理方法。利用原子吸收光譜法對(duì)重金屬形態(tài)進(jìn)行分析檢測(cè)，可以提升檢出率，且靈敏度較高，樣本量少，能夠?qū)ν寥乐杏坞x態(tài)的重金屬元素進(jìn)行檢測(cè)，或者對(duì)各種結(jié)合態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)檢測(cè)，方便對(duì)重金屬成分進(jìn)行合理判斷，提出科學(xué)的降解方法，提升土壤環(huán)境凈化效果，強(qiáng)化土壤環(huán)境保護(hù)力度。

4.3 重金屬污染評(píng)價(jià)

在充分掌握土壤環(huán)境中重金屬含量后，需要展開(kāi)科學(xué)合理的污染評(píng)價(jià)工作，為后續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、工程建設(shè)提供參考。例如在菌類種植中，需要提前做好土壤重金屬污染評(píng)價(jià)工作，檢測(cè)土壤中的重金屬離子是否超標(biāo)，如鎘離子、鉛離子、砷離子等，避免對(duì)菌類生長(zhǎng)造成危害，防止對(duì)投資人員造成經(jīng)濟(jì)損失。通過(guò)重金屬污染評(píng)價(jià)工作，可以為投資者進(jìn)行投資判斷提供依據(jù)，并精準(zhǔn)掌握土壤肥沃度，提高投資收益率。

4.4 加強(qiáng)人才培養(yǎng)

操作人員是使用原子吸收光譜法對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)的關(guān)鍵執(zhí)行者和操作者，他們的專業(yè)能力和操作水平與檢測(cè)結(jié)果息息相關(guān)。因此，需要加大人才培養(yǎng)，構(gòu)建高素質(zhì)人才隊(duì)伍，使其能夠?qū)υ游展庾V法進(jìn)行熟練操作，全面了解該技術(shù)方法的應(yīng)用原理、操作步驟、注意事項(xiàng)等，保障土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化執(zhí)行，保障檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性[8]。同時(shí)需要加大人才培養(yǎng)力度，多元化建立人才培養(yǎng)模式，引進(jìn)新技術(shù)、新理論，優(yōu)化人才知識(shí)結(jié)構(gòu)，并形成完善的人力資源管理體系，明確人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，保障土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的順利進(jìn)行。

4.5 加大資金投入

為了保障原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮重要作用，需要加大在該方面的資金投入，為技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備升級(jí)提供堅(jiān)實(shí)的資金支撐。同時(shí)還需要對(duì)工作環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化，吸引更多高素質(zhì)人才，構(gòu)建高素質(zhì)人才隊(duì)伍；要加大對(duì)技術(shù)研發(fā)的資金支持力度，為土壤環(huán)境污染的有效治理奠定良好的基礎(chǔ)。同時(shí)還需要直接投資、建設(shè)醫(yī)學(xué)工作站，對(duì)土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行大力研發(fā)，制定專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)方案，為環(huán)境優(yōu)化提供幫助。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，土壤是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但是隨著工業(yè)化水平的提高，工業(yè)廢棄物、廢水隨意排放，對(duì)土壤環(huán)境造成嚴(yán)重污染，非常不利于人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此，需要利用原子吸收光譜法對(duì)土壤環(huán)境污染情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)了解重金屬含量及形態(tài)，并做好污染評(píng)價(jià)分析工作，為經(jīng)濟(jì)投資和土地利用提供參考。該技術(shù)方法具有較高的靈敏度，且適用范圍廣，選擇性強(qiáng)，在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中發(fā)揮了重要作用。