原子吸收光谱法在土壤环境监测中的运用

文_刘波 淮安市中证安康检测有限公司

近几年来，随着我国工业和农业快速发展，污染物通过不同的途径进入到土壤内，导致土壤污染日益加重，尤其是重金属污染，不仅容易积累，而且很难察觉与降解，成为国内外相关学者关注的焦点。为进一步了解土壤内所含重金属元素的种类，确定污染程度，建议采用原子吸收光谱法做为现阶段土壤环境监测主要技术方法。

1 原子吸收光谱法原理

原子吸收光谱法是20世纪50年代中期被提出并不断应用和发展的方法，它将物质原子蒸气和待测元素之间的相互作用作为基础来实现定量分析。基于待测元素自身波长，对试样原子蒸气所吸收的辐射予以测量，然后通过计算确定待测元素实际含量大小。

一般而言，原子都处在基态，如果特征辐射从原子蒸汽中通过，则原子将在辐射当中吸收大量的能量，从原本的基态变为激发态，大多是第一激发态完成共振吸收，得到光谱。该方法的优势十分显著，包括不会受到太大的干扰、结果准确、适用范围广泛和灵敏度较高。

2 检测方法

2.1 火焰原子吸收光谱法

该方法现阶段应用比较广泛，在原子吸收中使用氧化亚氮与乙炔火焰时，其温度满足要求，除了能解决沸点和熔点均较高的元素原子化问题，还能提升实际的原子化效率，减少化学干扰。但这种方法易受到雾化效率及原子化效率等因素的影响，导致它的定量分析还停留在ppm级，灵敏度有待提升，对目标元素含量相对较低的样品还不能做到直接测定。

2.2 石墨炉原子吸收光谱法

该方法是指将石墨作为原子化器，通过电流加热对元素进行原子化。这项技术的应用有效提高实际的原子化效率，分析灵敏度与火焰原子化相比得到大幅提高。该方法进样数量相对较少，通常该只需5～100μL即可完成1次完整的测定；能对原子化时的温度进行自由调节；整个试验操作中都有着很高的安全系数。然而，也存在一些缺点，如分析范围相对较小、测定需要较长的时间、成本高、精度有待提升、重现性比火焰法差等，有时会因为样品基体复杂程度较高导致背景对吸收造成很大干扰，进而影响到最终的测定结果。

2.3 氢化物反应法

该方法最大的特点在于灵敏度极高，主要对容易产生氢化物的元素进行检测，如对使用火焰法进行测定灵敏度低无法达到要求的铋、锗、汞、铅、砷、锑、锡、硒等元素的检测，不仅能实现对元素和基体之间的分离，还进样效率教高，可达到100%。同时，借助该方法还可以对土壤中砷元素与河流沉积物当中汞元素实际含量进行检测，砷元素检出限、精密度、准确度都能达到要求；汞元素的检出限、精密度、准确度同样可以达到要求。

3 样品处理

样品处理对原子吸收光谱而言至关重要，采用简单且有效的处理方法是相关工作人员的重要任务。可用于样品处理的方法有很多，以下提出三种目前较为常用的方法。

3.1 湿法消解

首先，称取样品放在消解罐当中，添加混合酸后利用电热板开始加热消解，其中混合酸常用类型包括三种：一是盐酸硝酸、氢氟酸和高氯酸的混合酸；二是硝酸、氢氟酸和高氯酸的混合酸；三是硝酸、硫酸和磷酸的混合酸。这一处理方法是现在最为常用，同时也是最传统的处理方法，其优势是操作简单、容易控制，缺点是在消化时需要很长的时间。因此，在样品消化时，需添加一定量浓度极高的强酸，由于试剂的体积很大，容易带入一定量的杂质，所以会对测定结果造成影响，并且消化时还会有酸性气体产生，危害检测人员身体健康与环境。

3.2 干灰化法

首先，称取样品放在坩埚当中，利用可调节式的电炉以小火使样品碳化，然后采用马弗炉以550℃的温度连续灰化8～10h的时间，直到样品变成灰白色，待样品自然冷却后使用稀酸将灰分溶解。该方法基本上能处理任何一种样品，和湿法消解相比，不需要使用很多试剂，避免了杂质引入，但消解需要很长的时间，其称样量也相对较大，灰化时元素容易损失，一旦操作不当，极易导致样品被污染。

3.3 微波消解法

微波消解是分析化学领域常用溶样方法，和传导加热等传统方法完全相反，采用微波加热，即内加热，样品和酸混合物在吸收了微波能以后，将实现即时及深层的加热，在相对较短的时间范围内即可达到要求的温度，迅速对样品进行分解，缩短整个样品处理的时间。

另外，采用密闭的容器进行微波消解，还能防止目标元素产生损失，有利于结果准确性的保证。该方法主要具有溶样时间相对较短、耗能少、不会造成太大的污染的优势，在容易挥发的匀速的检测中尤为适用。

4 方法应用

土壤对人类生存而言可谓至关重要，是物质基础，也是农业生产中必需的资源。伴随我国城市化建设和发展的不断加快，土壤污染越来越严重。近几年，土壤污染，尤其是重金属污染，已经得到了很多人的关注，并相继开展检测活动。

借助火焰法对某金矿废弃地中土壤等的重金属污染开展实时监测。结果表明，包含银、砷等在内的五种元素实际含量都比质量标准值低，相较于天然林地土壤，在金矿废弃地，其土壤中砷、镉、铬等重金属的实际含量都有所增加，其中砷含量增加约83%，镉含量增加约78%，铬含量增加约101%，污染等级施处在尚清洁级，应尽快开始生态恢复重建，并将其重点放在土壤水分和养分的限制等方面。

借助火焰法对某市两个县、一个区的共32个中药材种植基地的土壤进行了重金属元素含量实时监测。结果表明，每个种植基地的土壤尽管都存在污染的情况，但重金属元素的含量都处在允许范围之内，满足我国提出的相关质量标准。

为更深入地掌握油田开采对周边农田造成的不利影响，采用火焰法可对油田周围土壤样品实施重金属污染检测，通过检测能确定那种重金属的含量较高，即污染指数更高，进而通过对比，确定检测区是否处在安全的级别当中。

为了明确化工生产可能对土壤造成的影响，可采用火焰法对企业附近的种植农作物进行重金属污染检测，通过检测能确定这些区域的土壤是否遭受了重金属污染，而且还能确定造成污染的重金属类型，如银、铬、铅等。

以某测区的农作物重金属污染检测为例，其银元素的平均含量可以达到二级标准规定值的3.5倍，铬元素平均含量为二级标准规定值的1.7倍，铅元素平均含量为二级标准规定值的0.7倍。根据综合污染指数，该研究区内，有约83.6%的土壤已经被污染，而且其中30.6%的土壤被严重污染，必须尽快开展污染治理，否则将引起严重后果。

采用该方法还能对元素形态进行分析。元素形态指的是元素以什么样的形式存在，比如在土壤或沉积物当中，重金属可能会以交换态或者碳酸盐结合态形式存在，由于其存在形态不稳定重金属会造成严重的土壤污染。基于此，对元素形态进行分析要比元素含量检测复杂的多，所用分析方法不仅要有一定分离能力，还要尽可能的灵敏。

5 结语

借助原子吸收光谱的方法对土壤进行检测时，首先要以待测元素的类型及浓度为依据，选择适宜的原子化技术，如石墨炉原子化、火焰原子化或氢化物法，然后采用适宜的方法对样品进行预处理。

该方法在检测土壤中不同重金属元素含量不仅准确性高，而且高效、灵敏。但由于对最终检测结果造成影响的因素不仅有方法自身，还包括样品预处理过程中所用的消化设备等，因此在使用原子吸收光谱法时相关人员必须引起高度重视，将可能对检测结果造成的不利影响降至最低，确保检测数据精确，给土壤环境监测工作提供精确的数据支撑。