原子吸收法在土壤重金屬檢測中的應(yīng)用

靳瑋

(河北省水文工程地質(zhì)勘查院(河北省遙感中心)，河北 石家莊 050000)

1 原子吸收法概念與特點

1.1 原子吸收法概念闡述

原子吸收法，又稱原子吸收分光光度法，其檢測原理是利用被檢測元素基態(tài)原子蒸氣對共振輻射線吸收特性進行元素的定量分析，從而確定元素含量。通過自動進樣系統(tǒng)、原子化器、光源、單色器等組建成原子吸收分光光度計，按照檢測規(guī)定選用具體的檢測手段，如：火焰原子技術(shù)、石墨爐原子技術(shù)、氫化物發(fā)生原子技術(shù)及冷蒸氣發(fā)生原子技術(shù)。

1.2 原子吸收法特點分析

原子吸收法在土壤檢測中的應(yīng)用具有顯著的優(yōu)勢。首先，它具有高靈敏度，相比于其他檢測手段，能夠在短時間內(nèi)進行精確的檢測和分析，其操作簡單，元素檢測級別高，且結(jié)果準(zhǔn)確度高。其次，原子吸收法具有較好的選擇性。其寬帶吸收較寬，所需檢測時間短，且操作自動化。通過主線轉(zhuǎn)換，可以降低譜線重疊率，從而降低光譜線對檢測效果的影響，同時避免共存元素與需檢測元素出現(xiàn)輻射線分離問題，進而提升檢測有效性[1]。

2 原子吸收法在土壤中重金屬檢測的應(yīng)用

2.1 對土壤中重金屬的元素形態(tài)進行評估

重金屬元素形態(tài)指的是該元素在土壤中存在的具體形式，包括碳酸鹽形態(tài)、鐵錳氧化物形態(tài)等，此類形態(tài)具有較高的穩(wěn)定性，會影響土壤環(huán)境，對生態(tài)造成破壞。通過技術(shù)手段，采取一定方法有效分離土壤中的不同形態(tài)的重金屬元素，應(yīng)用原子吸收法對土壤中不同形態(tài)的重金屬元素進行測定，獲得元素含量數(shù)據(jù)，通過縝密的計算，了解土壤中不同形態(tài)的重金屬元素的含量，判斷土壤重金屬的污染情況與特點，根據(jù)土壤污染的實際情況，因地制宜地制定治理方案，選擇科學(xué)的修復(fù)方式，提升土壤污染治理的有效性[2]。

2.2 對土壤中重金屬的污染情況進行評價

重金屬元素含量超標(biāo)會導(dǎo)致土壤重金屬污染問題的出現(xiàn)，分析其主要原因包括灌溉農(nóng)田的水中含有重金屬元素、工業(yè)廢渣未經(jīng)處理直接排放到土壤中、以及使用農(nóng)藥中含有大量的重金屬元素等[3]。這些原因會導(dǎo)致土壤中重金屬的含量逐漸積累，會對農(nóng)作物的生長產(chǎn)生影響，甚至對人類健康造成威脅。應(yīng)用原子吸收法技術(shù)，通過準(zhǔn)確測量土壤中的重金屬元素含量，可以全面了解土壤的污染情況，并據(jù)此作出正確的評價，采用針對性措施改善污染情況[4]。

2.3 掌握土壤營養(yǎng)情況

土壤中重金屬檢測中應(yīng)用原子吸收法可以對微量元素含量進行準(zhǔn)確的測定，使技術(shù)人員更好地了解土壤的營養(yǎng)狀況，并科學(xué)地配置所需肥料，提升土壤的肥力，使土壤更適合農(nóng)作物的生長，保障農(nóng)作物的質(zhì)量，為農(nóng)作物產(chǎn)量的提升奠定基礎(chǔ)[5]。

3 原子吸收法應(yīng)用策略

3.1 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜法(flame atomic absorption spectrometry)是一種常用的原子吸收光譜分析方法，它以化學(xué)火焰為熱源，將樣品中的化合物元素原子化實現(xiàn)對元素的檢測，該方法具有操作簡便、成本低、檢測時間短等特點，可用于多種元素的檢測，并廣泛應(yīng)用于土壤重金屬檢測領(lǐng)域。目前，原子吸收測定中最常用的火焰是空氣-乙炔火焰。盡管這種方法具有一定的優(yōu)勢，但由于火焰溫度較低，一些高溫耐受性較好的化學(xué)元素難以實現(xiàn)原子化。此時，可以使用氧化亞氮-乙炔火焰，其火焰溫度可達到3 000 ℃以上，可以有效地排除多種元素的干擾，從而顯著提高原子化率。原子化率是指在原子吸收光譜分析中，待測元素化合物在原子化器中轉(zhuǎn)化為中性自由原子形式的待測元素的量與進入原子化器中的待測元素總量的比值。原子化率會直接影響原子吸收光譜檢測的可靠性。由此可見，火焰原子吸收光譜法手段雖操作簡便，但很難完成所有元素的精準(zhǔn)測定，靈敏度相對較低。

3.2 氫化物發(fā)生技術(shù)

土壤中的硒、鉍、錫、汞等元素容易形成氫化物，這可能會對土壤造成一定的影響。使用火焰原子吸收光譜法可能無法靈敏地檢測這些元素，應(yīng)用氫化物發(fā)生技術(shù)可以進行檢測。將硼氫化物融入酸性環(huán)境后，與元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)可形成氣態(tài)氫化物，有效分離元素和基體，避免多種因素的干擾，通過這種方式可以提高檢測的準(zhǔn)確性。因此，可以將氫化物發(fā)生技術(shù)看作是一種將微量或痕量被分析元素通過化學(xué)方法轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氫化物并與其主成分分離的過程。在一般情況下，應(yīng)用氫化物發(fā)生技術(shù)需要添加還原劑，旨在將含氧化合物中的氧化部分還原為氫化物。這一過程中，還原劑的電子傳遞到含氧化合物從而實現(xiàn)還原。氫化物發(fā)生技術(shù)手段主要應(yīng)用于檢測土壤中的汞、鉛等重金屬元素。隨著檢測技術(shù)不斷完善，氫化物發(fā)生技術(shù)的應(yīng)用前景更加廣闊。

3.3 石墨爐原子吸收光譜技術(shù)

在原子吸收光譜法檢測中，石墨爐原子吸收光譜法是常用的技術(shù)手段之一。其原理是利用石墨材料制成管、杯等形狀的原子化器，通過電流加熱進行原子化，然后進行原子吸收。這種技術(shù)手段只需要少量的樣本就可以測定土壤中元素的含量，并且可以自由調(diào)節(jié)原子化所需的溫度，具有較高的安全性。在石墨爐原子吸收光譜法中，所有的檢測樣品都會參與原子化，這可以避免火焰氣體中稀釋原子濃度，從而顯著提高檢測的靈敏度。盡管應(yīng)用石墨爐原子吸收光譜法對痕量金屬元素進行測定的性能優(yōu)于其他檢測方式，但其成本較高，檢測時間相對較長，分析范圍有限，且精準(zhǔn)度有待提升。特別是在檢測成分復(fù)雜的土壤樣品時，可能會遇到較多的干擾因素，對檢測結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

4 土壤樣品檢測技術(shù)研究

4.1 微波消解法

微波消解是通過分子極化和離子導(dǎo)電兩個效應(yīng)對土壤樣品進行直接加熱，使樣品中的表層快速破裂，產(chǎn)生新的表面，在與溶劑相互作用的情況下，樣品在一定時間內(nèi)分解。經(jīng)過微波加熱處理后的樣品，其內(nèi)部溫度迅速上升，溶解速度加快。在密閉環(huán)境中檢測土壤樣品可以避免元素的損失，減少能源消耗，減輕對環(huán)境的污染，同時提高檢測的精準(zhǔn)度。由于土壤中元素種類繁多，不同樣本的基質(zhì)差異較大，技術(shù)人員可以利用微波消解法的檢測結(jié)果，科學(xué)地分析樣本中的元素，以完成對土壤的檢測工作。在應(yīng)用此技術(shù)時，應(yīng)注意避免使用高氯酸消解樣本，并盡量減少有機物的殘留。

4.2 干灰化法

干灰化法是一種將土壤樣品在火爐中充分灰化的方法。在灰化之前，應(yīng)該將樣品進行碳化處理，即將裝有待檢測土壤樣品的坩堝放置在電爐中進行低溫碳化。為了減少碳化過程中檢測物質(zhì)的損失，可以加入少量的固定劑，這種方法通常稱為堿性干法灰化或酸性干法灰化。該技術(shù)手段的應(yīng)用需要較高的溫度，物質(zhì)揮發(fā)較快，無需全程監(jiān)控，可以處理大量的土壤樣品。但是這種技術(shù)也有一定的缺點，例如在檢測大量樣本時會消耗較長的時間。如果未按照標(biāo)準(zhǔn)操作，可能會導(dǎo)致土壤樣本被污染，進而影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.3 電熱板濕法消解

土壤中重金屬的檢測通常使用電熱板濕法技術(shù)手段，該技術(shù)具有稱樣量大、操作簡便等特點。然而，此方法也存在一些缺點，例如消化時間較長，需要添加大量的強酸試劑。這些試劑的純度較高，但會導(dǎo)致土壤樣本產(chǎn)生許多雜質(zhì)，從而對檢測結(jié)果產(chǎn)生較大的影響。此外，電熱板濕法在應(yīng)用過程中可能會產(chǎn)生酸性的氣體，從而污染環(huán)境，甚至對操作人員的身體健康構(gòu)成威脅。同時，空氣中出現(xiàn)的顆粒物也會影響土壤檢測的結(jié)果。

5 原子吸收光譜分析干擾類型

原子吸收光譜分析中的干擾可分為物理干擾、化學(xué)干擾、電離干擾、光譜干擾和其他干擾。這些干擾的產(chǎn)生和消除方法如下：

5.1 物理干擾

在土壤樣品的轉(zhuǎn)移、蒸發(fā)和原子化過程中，由于元素物理性質(zhì)的變化，可能會導(dǎo)致吸收強度的下降，此時可以采用稀釋法或標(biāo)準(zhǔn)加入法來消除物理干擾。

5.2 化學(xué)干擾

因在液相或氣相中，土壤中被檢測元素的原子與干擾組分發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)，形成了熱力學(xué)更穩(wěn)定的化合物，從而產(chǎn)生干擾。這種干擾的消除方法包括化學(xué)分離、使用高溫火焰、加入稀釋劑、保護劑和緩沖劑，以及使用基體改進劑等。其中，加入金屬鹽類的釋放劑，可以形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，釋放元素；加入緩沖劑可以穩(wěn)定溶液的pH 值，影響吸光度，從而減輕干擾。

5.3 電離干擾

由于土壤中某些易電離的元素在火焰中發(fā)生電離作用從而干擾檢測結(jié)果，該干擾使參與原子吸收的基態(tài)原子數(shù)減少，吸收信號降低。特別是堿土金屬，它們?nèi)菀装l(fā)生電離，所產(chǎn)生的離子很難吸收輻射，因此可能導(dǎo)致較大的檢測結(jié)果誤差。這種干擾因素的消除方法是適當(dāng)?shù)亟档突鹧娴臏囟龋尤胍纂婋x的堿金屬元素以弱化電離，從而提升檢測的準(zhǔn)確性。

5.4 光譜干擾

光譜干擾指的是與光譜發(fā)射和吸收有關(guān)的干擾，其分為有譜線干擾和背景干擾。可以通過降低電流、減小狹縫寬度等方式消除干擾。

5.5 其他干擾

使用空氣-乙炔火焰檢測方法時，熟石灰將干擾波長范圍，影響檢測結(jié)果。消除該干擾的方法是清除背景之后進行矯正檢測，或應(yīng)用其他方式預(yù)防分子的吸收，可通過氖燈交替、光路檢測等方式檢測差異。

6 原子吸收法在土壤重金屬檢測中案例分析

技術(shù)人員采用微波消解法和濕法消解法來制備物質(zhì)消解液，制備過程需嚴格遵循土壤檢測標(biāo)準(zhǔn)。采用石墨爐原子吸收法來檢測消解液中重金屬元素的含量，并對檢測結(jié)果進行綜合分析。在應(yīng)用濕熱消解法時，稱取0.35 g 土壤樣品，將其放入坩堝中，加入適量的聚四氟乙烯，再加入適量的酸類物質(zhì)，如鹽酸，使用電熱板進行加熱，在溶液揮發(fā)后，加入適量的氟化氫、硝酸和高氯酸(4 mL、5 mL、2 mL)，蓋上蓋子加熱約1 h。繼續(xù)加熱并打開蓋子觀察，當(dāng)物質(zhì)變成稠狀物時，使用25 mL 硝酸進行稀釋。應(yīng)用微波消解法時，取土壤樣品0.25 g，放置在微波消解罐之中，加入3 mL 氟化氫、4 mL 硝酸、1 mL 過氧化氫。設(shè)定微波功率1 000 W，溫度逐漸上升200 ℃，加熱30 min 后放入25 mL 硝酸。通過檢測，應(yīng)用濕熱消解法檢測土壤樣品中含有鉛質(zhì)量分數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差范圍2.22%～4.14%，鎘質(zhì)量分數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差范圍為4.81%～6.74%，應(yīng)用微波消解法檢測土壤樣品中含有鉛質(zhì)量分數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差范圍為2.37%～4.28%，鎘質(zhì)量分數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差范圍為4.86%～6.76%。通過檢測，兩種檢測方法的結(jié)果相差不大，相比于濕熱消解法，微波消解法檢測樣品所需時間較短，檢測成本低，可以避免多種因素干擾，推廣價值更高。

7 結(jié)語

綜上所述，原子吸收法在土壤重金屬檢測中的應(yīng)用前景十分廣闊，它可以檢測多種元素的含量，從而有助于確定土壤的現(xiàn)狀。然而，在實際應(yīng)用中，原子吸收法也存在一些技術(shù)缺陷，導(dǎo)致檢測的精準(zhǔn)度有待提高。技術(shù)人員應(yīng)該深入研究檢測技術(shù)，并根據(jù)土壤樣品的性質(zhì)選擇合適的檢測方法，結(jié)合土壤樣品性質(zhì)選擇相應(yīng)的檢測技術(shù)，降低檢測成本，提高分析能力，簡化操作步驟，提高原子吸收法的檢測效率和精準(zhǔn)度，使該技術(shù)可以充分發(fā)揮應(yīng)用價值。