原子吸收光譜法在測(cè)定水中重金屬的應(yīng)用研究

楊 虹

(西山煤電(集團(tuán))有限責(zé)任公司職業(yè)病防治所，山西 太原 030053)

1 原子吸收光譜法的測(cè)定原理

原子吸收光譜法，顧名思義，是指元素原子的最外層電子不穩(wěn)定，不同元素在吸收來(lái)自不同波段的入射光照后，原子的外層電子發(fā)生躍遷，電子狀態(tài)會(huì)由相對(duì)穩(wěn)定基態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴惶€(wěn)定激發(fā)態(tài)。在這一過(guò)程中，根據(jù)元素原子發(fā)生的特征光譜與標(biāo)準(zhǔn)譜線對(duì)比進(jìn)行元素定性分析，可以確定出被測(cè)元素的種類。與此同時(shí)，元素原子共振吸收的輻射光和元素含量呈正比趨勢(shì)，可以確定出被測(cè)元素的含量[1]。

2 原子吸收光譜儀的構(gòu)成分析

由單一元素發(fā)光的空心陰極燈組成的發(fā)光系統(tǒng)、由火焰、石墨爐、氫化物、冷蒸汽提供能量進(jìn)行待測(cè)元素干燥、蒸發(fā)、原子化的原子化系統(tǒng)，由窄縫、反光鏡、色散物體等組成的分光系統(tǒng)、由光電倍增管和電腦等組成的檢測(cè)系統(tǒng)共同構(gòu)成了原子吸收光譜儀。

3 原子吸收光譜方法的優(yōu)缺點(diǎn)分析

原子吸收光度法不僅可以測(cè)微量元素原子含量，還可以用于衡量元素含量、超衡量元素含量的測(cè)量。這是原子吸收光度法的顯著優(yōu)勢(shì)。此外，原子吸收光度法測(cè)量的元素范圍相當(dāng)廣泛，目前通過(guò)原子吸收光度法測(cè)量元素多達(dá)73種，測(cè)量范圍廣泛也是目前原子吸收光度法被廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因。

當(dāng)然，原子吸收光譜法法也存在許多不足之處。例如，原子吸收光譜法只能用于某種單一元素的測(cè)量，不能用于多種元素的統(tǒng)一測(cè)量。同時(shí)，原子吸收光度法測(cè)量方法和條件較為簡(jiǎn)單，不能適應(yīng)復(fù)雜檢測(cè)環(huán)境中外界條件造成的干擾，這些問(wèn)題也正是原子吸收光度法今后發(fā)展的方向[2-3]。

4 消除外界條件造成的干擾

對(duì)于物理?xiàng)l件引起的干擾，我們可以通過(guò)配置標(biāo)準(zhǔn)溶液、調(diào)節(jié)待測(cè)樣品的溶解度、調(diào)節(jié)待測(cè)樣品的物理性質(zhì)等，提高測(cè)試過(guò)程的靈敏度。對(duì)于化學(xué)條件引起的干擾，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，可以通過(guò)提高火焰溫度減少雜質(zhì)元素的氣化含量和加入緩沖溶液等與雜質(zhì)元素反應(yīng)，從而減少性能相近的雜質(zhì)元素對(duì)待測(cè)樣品元素造成的干擾。對(duì)于光譜干擾，解決辦法就是改變光柵、狹縫等的相關(guān)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，從而消除或減小光譜干擾對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生的影響。

5 原子吸收光譜法在重金屬檢測(cè)中的應(yīng)用

當(dāng)用原子吸收光譜法測(cè)定水中重金屬時(shí)，因?yàn)椴煌螒B(tài)重金屬往往有不同的物理化學(xué)性質(zhì)，而且重金屬往往不會(huì)單獨(dú)存在，而是和其他物質(zhì)形成無(wú)機(jī)化合物、絡(luò)合物或者絡(luò)合物存在于水體當(dāng)中，所以往往需要進(jìn)行待測(cè)樣品的預(yù)處理，分離出會(huì)影響待測(cè)重金屬樣品中干擾物質(zhì)，再進(jìn)行待測(cè)樣品干燥、蒸發(fā)和原子化，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)樣品的對(duì)比分析，得出實(shí)際水樣中重金屬的含量水平。

5.1 金屬有機(jī)化合物的測(cè)定

其中，金屬有機(jī)化合物是水體中重金屬的常見存在形態(tài)，目前，對(duì)于這種形態(tài)的重金屬衍生物，常用的分離重金屬離子的方法有灰化法、消解法和酸浸提法。其目的都是去除待測(cè)樣品中有機(jī)物，使重金屬離子在水體中能夠單獨(dú)存在，減少有機(jī)物質(zhì)對(duì)于檢測(cè)結(jié)果的干擾，提高原子吸收光譜儀檢測(cè)的靈敏度。

5.2 重金屬離子測(cè)定

對(duì)于不同的重金屬離子，往往采用不同的原子化方式進(jìn)行供能，如對(duì)重金屬鐵、鋅、錳含量進(jìn)行測(cè)定時(shí)，可以配置鐵、鋅、錳三種重金屬的混合硝酸根溶液，常采用火焰原子吸收光譜儀，通過(guò)空氣-乙炔燃燒形成火焰將重金屬元素進(jìn)行氣化，通過(guò)空心陰極燈或者無(wú)極放電燈相應(yīng)重金屬原子發(fā)射光源，測(cè)定被吸收的光源，從而得到待測(cè)樣品溶液中重金屬含量，為了避免其他雜質(zhì)元素如Fe、P等形成物質(zhì)的干擾，可以使用貧燃火焰進(jìn)行原子化過(guò)程，提高原子吸收光譜法檢測(cè)的準(zhǔn)確性。在對(duì)重金屬鋅進(jìn)行預(yù)處理的過(guò)程中，需要調(diào)節(jié)pH到2以下，便于對(duì)待測(cè)樣品的精確測(cè)量，減小實(shí)驗(yàn)誤差。在待測(cè)樣品進(jìn)行原子吸收光譜測(cè)定前，需要將重金屬元素濃縮15倍達(dá)到原子吸收光譜儀可以測(cè)定的濃度范圍，避免因?yàn)闈舛确秶粔驅(qū)е麓郎y(cè)樣品在計(jì)算機(jī)中無(wú)法測(cè)出含量，造成樣品浪費(fèi)。

5.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置

在重金屬測(cè)定過(guò)程中，需要先測(cè)定重金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)待測(cè)樣品吸光度得到待測(cè)樣品中重金屬的含量。為了減少測(cè)樣過(guò)程中不必要的誤差，標(biāo)準(zhǔn)樣品需要現(xiàn)配現(xiàn)用，防止標(biāo)準(zhǔn)樣品發(fā)生變化。測(cè)樣前調(diào)節(jié)待測(cè)樣品的pH值，形成重金屬氯化物，有利于待測(cè)樣品的原子化過(guò)程，提高原子吸收光譜儀測(cè)定樣品過(guò)程中的靈敏度。

5.4 樣品的自動(dòng)化采集

因?yàn)槿斯みM(jìn)行樣品處理不可避免會(huì)存在誤差，現(xiàn)在原子吸收光譜儀多采用自動(dòng)進(jìn)樣，自動(dòng)進(jìn)樣樣品檢測(cè)量更加精準(zhǔn)化，有利于達(dá)到最佳原子化效果，避免人工進(jìn)樣測(cè)量的誤差，大幅提高了檢測(cè)的靈敏度。同時(shí)，由于待測(cè)樣品中不可避免發(fā)生的部分化學(xué)反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)得重金屬含量往往會(huì)比真實(shí)值更低。因此，需要通過(guò)向待測(cè)樣品中添加抑制劑或者升高溶液溫度使溶液中重金屬保持游離狀態(tài)，從而使測(cè)得重金屬含量更接近于真實(shí)值。

6 原子吸收光譜法利用重金屬間接檢測(cè)有機(jī)物的應(yīng)用

有機(jī)物中主要是官能團(tuán)或者基團(tuán)，屬于分子物質(zhì)，多采用紅外光譜、紫外光譜等手段測(cè)定，一般不能直接用原子吸收光譜法測(cè)定。但是，可以根據(jù)有機(jī)物的性質(zhì)將有機(jī)物中待測(cè)組分按照相應(yīng)比例轉(zhuǎn)化為原子吸收光譜法中能夠測(cè)定的元素原子的含量測(cè)定，可以實(shí)現(xiàn)原子吸收光譜法對(duì)有機(jī)物的間接測(cè)定。

6.1 水中甲醛的測(cè)定

甲醛易溶于水，且會(huì)危害人體健康，在生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中就對(duì)甲醛含量有所限定。因?yàn)榧兹┲写嬖谌┗?，所以可以采用斐林試?由含量為0.1 g/mL的氫氧化鈉溶液和含量為0.05 g/mL的硫酸銅溶液、含量為0.2 g/mL的酒石酸鉀鈉配制而成)在沸水浴中加熱半小時(shí)進(jìn)行鑒定，溶液中產(chǎn)生磚紅色沉淀。也可以用銀氨溶液(往潔凈的試管中加入1 mL2%硝酸銀溶液，然后邊振蕩邊逐滴滴入2%稀氨水，直到最初產(chǎn)生的的沉淀剛好溶解為止)50 ℃水浴加熱進(jìn)行鑒定，溶液中產(chǎn)生光亮如鏡的單質(zhì)銀。分別用鹽酸溶液和硝酸溶液對(duì)甲醛反應(yīng)產(chǎn)生的沉淀進(jìn)行溶液，將沉淀溶解過(guò)程中產(chǎn)生的Cu離子和Ag離子分別用原子吸收光譜法測(cè)定含量，根據(jù)沉淀中金屬離子和有機(jī)物甲醛的配平系數(shù)，能夠間接得到參與反應(yīng)的水中甲醛的含量。

6.2 水中酚類有機(jī)物的測(cè)定

酚類有機(jī)物可以通過(guò)飲用水進(jìn)入人體與體內(nèi)蛋白質(zhì)作用造成人的中毒昏迷和死亡，因此在生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中也一直對(duì)酚類有合物的含量進(jìn)行限定。因?yàn)榉宇愑泻衔锟梢院虲o離子可以發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，所以可以通過(guò)甲基異丁酮對(duì)鈷離子進(jìn)行萃取，再通過(guò)原子吸收光譜法測(cè)定鈷離子的含量，進(jìn)而間接得到水中酚類有合物的含量。

6.3 水中鹵代有機(jī)物的測(cè)定

含鹵素有機(jī)物多數(shù)有毒、親脂肪，易進(jìn)入人體，難以生物降解，危害人體健康。因?yàn)辂u素元素可以與銀離子作用生成沉淀，所以可以通過(guò)將鹵素有機(jī)物溶解到有機(jī)溶劑，通過(guò)加熱回流、水解等作用，將含鹵有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)鹵化物，通過(guò)過(guò)量硝酸銀滴定轉(zhuǎn)化為沉淀，再通過(guò)原子吸收光譜法測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中銀離子的消耗量，進(jìn)而間接測(cè)定參與反應(yīng)的含鹵有機(jī)物的含量。

7 原子吸收光譜法在水質(zhì)檢測(cè)中的聯(lián)合應(yīng)用

在分析物質(zhì)化學(xué)組成和測(cè)定物質(zhì)含量時(shí)，常采用多種分析手段相結(jié)合的方式，提高物質(zhì)測(cè)定效率，例如在分析砷元素化學(xué)形態(tài)的過(guò)程中，將色譜分析中因子分析法和原子吸收光譜中氫化物發(fā)生原子吸收法相結(jié)合，擴(kuò)大了儀器的檢測(cè)范圍。此外，原子吸收光譜儀與氣象色譜儀、液相色譜儀連用能夠更高效準(zhǔn)確測(cè)定水質(zhì)中的有機(jī)物。相信隨著研究的深入，原子吸收光譜法在水質(zhì)檢測(cè)中的聯(lián)合應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

8 結(jié)論

重金屬在水體中存在形態(tài)多樣，并且在水體中能夠不斷遷移轉(zhuǎn)化，毒性不斷增強(qiáng)，要想實(shí)現(xiàn)重金屬污染水體治理，必須先進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)。原子吸收光譜法能夠?qū)λ卸喾N元素進(jìn)行高精確度檢測(cè)，并且相對(duì)而言，檢測(cè)靈敏度較高，測(cè)量重金屬范圍較廣，能夠測(cè)量含量較低的重金屬元素，在實(shí)際水體重金屬測(cè)量中應(yīng)用廣泛，同時(shí)，原子吸收光譜法還可以間接測(cè)定水中部分有機(jī)物的含量。隨著原子吸收光譜儀自動(dòng)化水平的不斷提高和原子吸收光譜法在水質(zhì)檢測(cè)中的聯(lián)合應(yīng)用，相信在未來(lái)水體檢測(cè)中也會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。