文_劉波 淮安市中證安康檢測(cè)有限公司

近幾年來，隨著我國(guó)工業(yè)和農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，污染物通過不同的途徑進(jìn)入到土壤內(nèi)，導(dǎo)致土壤污染日益加重，尤其是重金屬污染，不僅容易積累，而且很難察覺與降解，成為國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。為進(jìn)一步了解土壤內(nèi)所含重金屬元素的種類，確定污染程度，建議采用原子吸收光譜法做為現(xiàn)階段土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)主要技術(shù)方法。

1 原子吸收光譜法原理

原子吸收光譜法是20世紀(jì)50年代中期被提出并不斷應(yīng)用和發(fā)展的方法，它將物質(zhì)原子蒸氣和待測(cè)元素之間的相互作用作為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)定量分析。基于待測(cè)元素自身波長(zhǎng)，對(duì)試樣原子蒸氣所吸收的輻射予以測(cè)量，然后通過計(jì)算確定待測(cè)元素實(shí)際含量大小。

一般而言，原子都處在基態(tài)，如果特征輻射從原子蒸汽中通過，則原子將在輻射當(dāng)中吸收大量的能量，從原本的基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，大多是第一激發(fā)態(tài)完成共振吸收，得到光譜。該方法的優(yōu)勢(shì)十分顯著，包括不會(huì)受到太大的干擾、結(jié)果準(zhǔn)確、適用范圍廣泛和靈敏度較高。

2 檢測(cè)方法

2.1 火焰原子吸收光譜法

該方法現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛，在原子吸收中使用氧化亞氮與乙炔火焰時(shí)，其溫度滿足要求，除了能解決沸點(diǎn)和熔點(diǎn)均較高的元素原子化問題，還能提升實(shí)際的原子化效率，減少化學(xué)干擾。但這種方法易受到霧化效率及原子化效率等因素的影響，導(dǎo)致它的定量分析還停留在ppm級(jí)，靈敏度有待提升，對(duì)目標(biāo)元素含量相對(duì)較低的樣品還不能做到直接測(cè)定。

2.2 石墨爐原子吸收光譜法

該方法是指將石墨作為原子化器，通過電流加熱對(duì)元素進(jìn)行原子化。這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用有效提高實(shí)際的原子化效率，分析靈敏度與火焰原子化相比得到大幅提高。該方法進(jìn)樣數(shù)量相對(duì)較少，通常該只需5～100μL即可完成1次完整的測(cè)定；能對(duì)原子化時(shí)的溫度進(jìn)行自由調(diào)節(jié)；整個(gè)試驗(yàn)操作中都有著很高的安全系數(shù)。然而，也存在一些缺點(diǎn)，如分析范圍相對(duì)較小、測(cè)定需要較長(zhǎng)的時(shí)間、成本高、精度有待提升、重現(xiàn)性比火焰法差等，有時(shí)會(huì)因?yàn)闃悠坊w復(fù)雜程度較高導(dǎo)致背景對(duì)吸收造成很大干擾，進(jìn)而影響到最終的測(cè)定結(jié)果。

2.3 氫化物反應(yīng)法

該方法最大的特點(diǎn)在于靈敏度極高，主要對(duì)容易產(chǎn)生氫化物的元素進(jìn)行檢測(cè)，如對(duì)使用火焰法進(jìn)行測(cè)定靈敏度低無法達(dá)到要求的鉍、鍺、汞、鉛、砷、銻、錫、硒等元素的檢測(cè)，不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)元素和基體之間的分離，還進(jìn)樣效率教高，可達(dá)到100%。同時(shí)，借助該方法還可以對(duì)土壤中砷元素與河流沉積物當(dāng)中汞元素實(shí)際含量進(jìn)行檢測(cè)，砷元素檢出限、精密度、準(zhǔn)確度都能達(dá)到要求；汞元素的檢出限、精密度、準(zhǔn)確度同樣可以達(dá)到要求。

3 樣品處理

樣品處理對(duì)原子吸收光譜而言至關(guān)重要，采用簡(jiǎn)單且有效的處理方法是相關(guān)工作人員的重要任務(wù)?？捎糜跇悠诽幚淼姆椒ㄓ泻芏啵韵绿岢鋈N目前較為常用的方法。

3.1 濕法消解

首先，稱取樣品放在消解罐當(dāng)中，添加混合酸后利用電熱板開始加熱消解，其中混合酸常用類型包括三種：一是鹽酸硝酸、氫氟酸和高氯酸的混合酸；二是硝酸、氫氟酸和高氯酸的混合酸；三是硝酸、硫酸和磷酸的混合酸。這一處理方法是現(xiàn)在最為常用，同時(shí)也是最傳統(tǒng)的處理方法，其優(yōu)勢(shì)是操作簡(jiǎn)單、容易控制，缺點(diǎn)是在消化時(shí)需要很長(zhǎng)的時(shí)間。因此，在樣品消化時(shí)，需添加一定量濃度極高的強(qiáng)酸，由于試劑的體積很大，容易帶入一定量的雜質(zhì)，所以會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果造成影響，并且消化時(shí)還會(huì)有酸性氣體產(chǎn)生，危害檢測(cè)人員身體健康與環(huán)境。

3.2 干灰化法

首先，稱取樣品放在坩堝當(dāng)中，利用可調(diào)節(jié)式的電爐以小火使樣品碳化，然后采用馬弗爐以550℃的溫度連續(xù)灰化8～10h的時(shí)間，直到樣品變成灰白色，待樣品自然冷卻后使用稀酸將灰分溶解。該方法基本上能處理任何一種樣品，和濕法消解相比，不需要使用很多試劑，避免了雜質(zhì)引入，但消解需要很長(zhǎng)的時(shí)間，其稱樣量也相對(duì)較大，灰化時(shí)元素容易損失，一旦操作不當(dāng)，極易導(dǎo)致樣品被污染。

3.3 微波消解法

微波消解是分析化學(xué)領(lǐng)域常用溶樣方法，和傳導(dǎo)加熱等傳統(tǒng)方法完全相反，采用微波加熱，即內(nèi)加熱，樣品和酸混合物在吸收了微波能以后，將實(shí)現(xiàn)即時(shí)及深層的加熱，在相對(duì)較短的時(shí)間范圍內(nèi)即可達(dá)到要求的溫度，迅速對(duì)樣品進(jìn)行分解，縮短整個(gè)樣品處理的時(shí)間。

另外，采用密閉的容器進(jìn)行微波消解，還能防止目標(biāo)元素產(chǎn)生損失，有利于結(jié)果準(zhǔn)確性的保證。該方法主要具有溶樣時(shí)間相對(duì)較短、耗能少、不會(huì)造成太大的污染的優(yōu)勢(shì)，在容易揮發(fā)的勻速的檢測(cè)中尤為適用。

4 方法應(yīng)用

土壤對(duì)人類生存而言可謂至關(guān)重要，是物質(zhì)基礎(chǔ)，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中必需的資源。伴隨我國(guó)城市化建設(shè)和發(fā)展的不斷加快，土壤污染越來越嚴(yán)重。近幾年，土壤污染，尤其是重金屬污染，已經(jīng)得到了很多人的關(guān)注，并相繼開展檢測(cè)活動(dòng)。

借助火焰法對(duì)某金礦廢棄地中土壤等的重金屬污染開展實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，包含銀、砷等在內(nèi)的五種元素實(shí)際含量都比質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值低，相較于天然林地土壤，在金礦廢棄地，其土壤中砷、鎘、鉻等重金屬的實(shí)際含量都有所增加，其中砷含量增加約83%，鎘含量增加約78%，鉻含量增加約101%，污染等級(jí)施處在尚清潔級(jí)，應(yīng)盡快開始生態(tài)恢復(fù)重建，并將其重點(diǎn)放在土壤水分和養(yǎng)分的限制等方面。

借助火焰法對(duì)某市兩個(gè)縣、一個(gè)區(qū)的共32個(gè)中藥材種植基地的土壤進(jìn)行了重金屬元素含量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，每個(gè)種植基地的土壤盡管都存在污染的情況，但重金屬元素的含量都處在允許范圍之內(nèi)，滿足我國(guó)提出的相關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

為更深入地掌握油田開采對(duì)周邊農(nóng)田造成的不利影響，采用火焰法可對(duì)油田周圍土壤樣品實(shí)施重金屬污染檢測(cè)，通過檢測(cè)能確定那種重金屬的含量較高，即污染指數(shù)更高，進(jìn)而通過對(duì)比，確定檢測(cè)區(qū)是否處在安全的級(jí)別當(dāng)中。

為了明確化工生產(chǎn)可能對(duì)土壤造成的影響，可采用火焰法對(duì)企業(yè)附近的種植農(nóng)作物進(jìn)行重金屬污染檢測(cè)，通過檢測(cè)能確定這些區(qū)域的土壤是否遭受了重金屬污染，而且還能確定造成污染的重金屬類型，如銀、鉻、鉛等。

以某測(cè)區(qū)的農(nóng)作物重金屬污染檢測(cè)為例，其銀元素的平均含量可以達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的3.5倍，鉻元素平均含量為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的1.7倍，鉛元素平均含量為二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的0.7倍。根據(jù)綜合污染指數(shù)，該研究區(qū)內(nèi)，有約83.6%的土壤已經(jīng)被污染，而且其中30.6%的土壤被嚴(yán)重污染，必須盡快開展污染治理，否則將引起嚴(yán)重后果。

采用該方法還能對(duì)元素形態(tài)進(jìn)行分析。元素形態(tài)指的是元素以什么樣的形式存在，比如在土壤或沉積物當(dāng)中，重金屬可能會(huì)以交換態(tài)或者碳酸鹽結(jié)合態(tài)形式存在，由于其存在形態(tài)不穩(wěn)定重金屬會(huì)造成嚴(yán)重的土壤污染?；诖?，對(duì)元素形態(tài)進(jìn)行分析要比元素含量檢測(cè)復(fù)雜的多，所用分析方法不僅要有一定分離能力，還要盡可能的靈敏。

5 結(jié)語

借助原子吸收光譜的方法對(duì)土壤進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，首先要以待測(cè)元素的類型及濃度為依據(jù)，選擇適宜的原子化技術(shù)，如石墨爐原子化、火焰原子化或氫化物法，然后采用適宜的方法對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理。

該方法在檢測(cè)土壤中不同重金屬元素含量不僅準(zhǔn)確性高，而且高效、靈敏。但由于對(duì)最終檢測(cè)結(jié)果造成影響的因素不僅有方法自身，還包括樣品預(yù)處理過程中所用的消化設(shè)備等，因此在使用原子吸收光譜法時(shí)相關(guān)人員必須引起高度重視，將可能對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成的不利影響降至最低，確保檢測(cè)數(shù)據(jù)精確，給土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)工作提供精確的數(shù)據(jù)支撐。