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

郭麗娟 王小楠

1.山東魯美克環(huán)境工程有限公司；2.濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司安居煤礦

1 引言

我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展成就了許多行業(yè)的崛起，GDP數(shù)值也不斷超越各國(guó)，走在世界前端，從農(nóng)業(yè)大國(guó)慢慢轉(zhuǎn)向工業(yè)大國(guó)，但是隨著社會(huì)發(fā)展隨之而來(lái)的就是環(huán)境的污染，例如房地產(chǎn)行業(yè)要建造房屋就需要大量土地，就會(huì)涉及大量植被消失，植物凈化空氣的能力也在不斷消失，有可能會(huì)造成土地沙漠化等更嚴(yán)重的后果。還有一些工廠為了發(fā)展減少污水處理的成本，就會(huì)將一些污染物直接排放到土壤中或河流中，再經(jīng)過(guò)生物圈的水循環(huán)以酸雨的形式降落。原子吸收光譜法能夠很好的監(jiān)測(cè)土壤環(huán)境中重金屬和一些污染物的含量，通過(guò)數(shù)據(jù)或者模型的方式反饋給工廠和一些公司，采用合理的手段減少土壤污染。下文主要對(duì)原子吸收光譜法的優(yōu)缺點(diǎn)及其在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用展開闡述。

2 原子吸收光譜法的概述

在化學(xué)的元素周期表中能了解到每個(gè)原子的外層電子排布圖都不相同，各種元素的原子結(jié)構(gòu)也是不相同，還有一些同位素存在，例如氕、氘、氚。同位素的存在在土壤中一般比較難監(jiān)測(cè)出來(lái)，但是原子吸收光譜法能夠做到。原子在進(jìn)行躍遷的時(shí)候都會(huì)得到一部分能量，才能夠從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，就像水要從液態(tài)變化為氣態(tài)是需要從空氣中吸收熱能才會(huì)發(fā)生升華的過(guò)程。原子吸收光譜法就是通過(guò)原子吸收光譜儀發(fā)出輻射線，原子吸收這個(gè)輻射線發(fā)生躍遷，這個(gè)過(guò)程當(dāng)中吸收的程度再通過(guò)共振吸收線的方式在電腦上表達(dá)出來(lái)，進(jìn)行定量和定性的分析的一種方法。原子吸收光譜法就是利用原子吸收特定的輻射線時(shí)的吸收程度來(lái)進(jìn)行定量分析。

3 土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的意義

土壤是人類生產(chǎn)生活的重要生產(chǎn)資料，不論是以前的農(nóng)業(yè)國(guó)家還是現(xiàn)如今的工業(yè)國(guó)家，都是需要土壤這個(gè)重要的生產(chǎn)資料。因?yàn)槿祟愋枰M(jìn)食，農(nóng)作物的生產(chǎn)需要在土壤中進(jìn)行，所以土壤對(duì)于人類的重要性不言而喻。但是現(xiàn)如今隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷提升與發(fā)展，土壤環(huán)境越來(lái)越糟糕，一些加工廠為了節(jié)約污水處理的成本直接將污水排放至土壤中，然后經(jīng)過(guò)生物圈的水循環(huán)又以酸雨的形式使土壤受到二次傷害。

在“金山銀山就是綠水青山”的發(fā)展理念下，國(guó)人應(yīng)當(dāng)重視環(huán)境保護(hù)的重要性，一些工業(yè)管理者也應(yīng)當(dāng)服從規(guī)章制度以自己的力量保護(hù)環(huán)境，保護(hù)土壤環(huán)境。本文中運(yùn)用原子吸收光譜法對(duì)土壤中污染物進(jìn)行檢測(cè)，主要是重金屬含量和形態(tài)的檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)土壤環(huán)境采取一些改進(jìn)措施，不斷加強(qiáng)土壤環(huán)境的凈化，將污染物和一些重金屬含量控制在合理范圍內(nèi)，讓國(guó)民吃得放心，過(guò)得開心，富有精氣神，這就是土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)的意義。

4 原子吸收光譜檢測(cè)方法

4.1 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜法是使用最廣泛的一種原子吸收光譜法，最常用的是空氣—乙炔火焰，其具有操作簡(jiǎn)單方便，同時(shí)檢測(cè)速度快成本也比較低等優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)于一些比較微量的樣本不能進(jìn)行檢測(cè)，因?yàn)榛鹧鏈囟容^低不能夠進(jìn)行很好的元素分離，就會(huì)導(dǎo)致靈敏度低，所以對(duì)于樣本量的要求也比較多。其工作原理主要是通過(guò)火焰給予原子能量，原子經(jīng)過(guò)吸收能量發(fā)生躍遷，每個(gè)原子吸收的程度不同，從而表現(xiàn)出不同的吸收線，然后對(duì)吸收線進(jìn)行分析做出定量分析。

4.2 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法是采用石墨這種材料作為原子化器，石墨爐具有靈敏度高、操作簡(jiǎn)單、進(jìn)樣量少等特點(diǎn)，對(duì)于一些樣品量很少的物質(zhì)能做到較好分析。但是其缺點(diǎn)也比較明顯，例如精度較差、成本很高，檢測(cè)一次需要花費(fèi)較高成本，對(duì)于一些比較復(fù)雜物質(zhì)的檢測(cè)過(guò)程，會(huì)出現(xiàn)很高的干擾從而導(dǎo)致結(jié)果不盡人意。在土壤檢測(cè)過(guò)程中不太實(shí)用，因?yàn)橥寥乐兴镔|(zhì)比較復(fù)雜，同時(shí)為了保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性會(huì)進(jìn)行幾次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，不僅效果不太理想還會(huì)付出較高成本，因此在土壤物質(zhì)檢驗(yàn)過(guò)程中不建議使用。

4.3 氫化物發(fā)生法

氫化物的歷史相對(duì)于前兩種方法來(lái)說(shuō)較短，但是其檢測(cè)靈敏度極強(qiáng)，特別是針對(duì)一些能夠很容易形成氫化物的物質(zhì)極易檢出，例如Se、Hg、Sn、Pb等元素，這些元素都是土壤中富含的一些重金屬物質(zhì)。氫化物發(fā)生法實(shí)現(xiàn)了要分析的元素與基體分離的效率，具有干擾率小、進(jìn)樣效率高等明顯優(yōu)勢(shì)，對(duì)于土壤中的砷和一些河底沉淀物鉛都具有很強(qiáng)的檢出性，是針對(duì)土壤物質(zhì)檢測(cè)的一種好方法。

5 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的特點(diǎn)

5.1 選擇性強(qiáng)

土壤環(huán)境中有許多原子存在，還有許多共存的原子難以分離，就像是雙胞胎似的難以從土壤中將其完全的剝離開來(lái)，這就對(duì)分析過(guò)程造成了很大的阻礙。但是原子吸收光譜法能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樵游展庾V法的特點(diǎn)之一就是選擇性較強(qiáng)，能夠?qū)泊嬖舆M(jìn)行比較好的分離，就算對(duì)不能分離的共存原子也能夠做到檢測(cè)。這是因?yàn)樵游展庾V相對(duì)于其他來(lái)說(shuō)比較窄，譜線干擾的概率很小，這是因?yàn)樽V線僅僅是在主線系發(fā)生指定變化，這樣與發(fā)射譜線相比較，干擾線與譜線之間線與線之間重疊的概率很小，所以光譜的干擾性很少能夠做到較高的選擇性。即使在沒(méi)有將鄰近的線分的很徹底的情況下也不會(huì)對(duì)原子吸收光譜的分析過(guò)程產(chǎn)生任何干擾。

5.2 靈敏度高

到目前為止原子吸收光譜分析法是檢測(cè)原子吸收程度最靈敏的方法之一，在進(jìn)行大多數(shù)元素分析的時(shí)候能夠達(dá)到ppm數(shù)量級(jí)，這樣分析靈敏度能夠使得分析過(guò)程變得更加簡(jiǎn)單，大大地縮短了測(cè)定分析的時(shí)間，節(jié)約了時(shí)間成本，同時(shí)還能夠加快檢測(cè)的速度，提高檢測(cè)的效率。靈敏度高的特點(diǎn)能夠使檢測(cè)過(guò)程中進(jìn)樣較少，減少前期采樣的成本投入。在土壤檢測(cè)過(guò)程中，可能會(huì)由于地勢(shì)危險(xiǎn)導(dǎo)致采樣困難，或者采樣數(shù)量少不易分析等情況的存在，原子吸收光譜法就很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，靈敏度高就能減少進(jìn)樣還能正常進(jìn)行分析，即使是微量、痕量、甚至是超痕量都可以進(jìn)行檢測(cè)，提高土壤分析效率。

5.3 分析范圍廣

原子吸收光譜法能夠進(jìn)行測(cè)定分析的元素已經(jīng)多達(dá)73種，可見范圍之廣泛。對(duì)于土壤中的元素檢測(cè)再合適不過(guò)，土壤中成分比較復(fù)雜采用分析范圍較廣的吸收光譜更易分析。同時(shí)原子吸收光譜法不僅能夠測(cè)定液態(tài)樣品還能夠測(cè)定氣態(tài)和固態(tài)的樣品，就不需要分析者再對(duì)土壤進(jìn)行稀釋操作，方便又簡(jiǎn)潔。同時(shí)，原子吸收光譜法不僅能夠?qū)饘僭剡M(jìn)行測(cè)定還能對(duì)非金屬元素進(jìn)行間接測(cè)定?？梢?，原子吸收光譜法的分析范圍之廣，不同性質(zhì)不同形態(tài)不同量級(jí)的元素都能進(jìn)行分析，在土壤檢測(cè)過(guò)程中能很好地分析其中的物質(zhì)，從而反饋給相關(guān)機(jī)構(gòu)，做好相關(guān)的環(huán)境保護(hù)的一些措施。

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

6.1 土壤中重金屬含量檢測(cè)的應(yīng)用

目前土壤中重金屬的污染比較嚴(yán)重，正是因?yàn)橐恍┕S的廢棄物和污水沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理就直接排放到土壤中，土壤中含有植物和農(nóng)作物，經(jīng)過(guò)土壤中農(nóng)作物根的吸收作用在植物體中富集，然后種植后的農(nóng)作物中檢測(cè)出農(nóng)作物超標(biāo)，危害國(guó)人身體健康?；蛘咧亟饘俚竭_(dá)植物葉片或者植物的氣孔以氣體或者灰塵的形式散發(fā)到大氣中，人類從呼吸道吸收進(jìn)去也會(huì)危害到人類健康。所以就應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)土壤中重金屬的檢測(cè)，將土壤中重金屬的含量控制在一定范圍內(nèi)，保證環(huán)境和人類的健康，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

原子吸收光譜法在土壤重金屬的檢測(cè)中具有靈敏度高、檢測(cè)效率高、所需樣本含量少等優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)ν寥拉h(huán)境監(jiān)測(cè)做出很好貢獻(xiàn)。原子吸收光譜法檢測(cè)土壤中重金屬的基本原理是，從空心陰極燈或者光源中發(fā)射出一束特定波長(zhǎng)的光線，每種元素會(huì)吸收波長(zhǎng)的光，然后再通過(guò)原子化器中特定待測(cè)元素的原子蒸汽時(shí)，部分的蒸汽被吸收，根據(jù)吸收程度的不同，然后通過(guò)原子分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定吸光度，連接電腦做出吸收光譜，進(jìn)行元素吸收的分析，測(cè)定出土壤中某種重金屬的含量。但是這種方法只能定量分析不能進(jìn)行定性分析，這就需要在檢測(cè)之前對(duì)土壤中所含的重金屬進(jìn)行調(diào)查和統(tǒng)計(jì)。

重金屬對(duì)土壤的污染是導(dǎo)致土壤肥力降低的原因，也是導(dǎo)致農(nóng)作物重金屬超標(biāo)、農(nóng)作物發(fā)育緩慢、生長(zhǎng)矮小的直接原因。通過(guò)原子吸收光譜法測(cè)定土壤中某種金屬的含量之后，再采用一系列有效方法能夠降低其中重金屬含量，從而提升土壤肥力加快農(nóng)作物生長(zhǎng)，有助于土壤環(huán)境的凈化。

6.2 土壤中重金屬元素形態(tài)分析方面的應(yīng)用

元素形態(tài)主要是指土壤中重金屬元素是以怎樣的方式存在，如一些比較穩(wěn)定的存在方式：有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)；穩(wěn)定性比較差的形態(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。土壤中的重金屬污染物主要都是以穩(wěn)定性較差的方式存在，元素形態(tài)的分析能對(duì)重金屬起到對(duì)癥下藥的作用。但是對(duì)于重金屬形態(tài)的分析比重金屬含量的分析更難，這就對(duì)土壤檢測(cè)提出了很大的挑戰(zhàn)。但是原子吸收光譜法能做到對(duì)土壤中重金屬形態(tài)的檢測(cè)，且擁有檢出率高、靈敏度高、樣本量少等優(yōu)勢(shì)是分析化學(xué)中的一個(gè)重大進(jìn)步。能夠很好地檢測(cè)出土壤中游離態(tài)的重金屬，也能夠檢測(cè)出像Fe—Zn這樣的結(jié)合態(tài)。通過(guò)這樣的檢測(cè)能夠讓環(huán)境監(jiān)測(cè)局對(duì)土壤重金屬成分做出正確理性的判斷，從而采取相關(guān)措施對(duì)土壤中的穩(wěn)定性較好的重金屬進(jìn)行降解，起到保護(hù)土壤環(huán)境，維護(hù)土壤環(huán)境的安全的作用。

6.3 土壤中重金屬污染評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用

對(duì)土壤中重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)之后還能對(duì)其污染做出評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)其價(jià)值是否值得投資等。例如在現(xiàn)在大趨勢(shì)下，有些創(chuàng)業(yè)者會(huì)回到家鄉(xiāng)通過(guò)承包農(nóng)田進(jìn)行菌類種植，提高創(chuàng)業(yè)利潤(rùn)，這是一個(gè)好的投資項(xiàng)目。菌類本身對(duì)土壤就能起到促進(jìn)物質(zhì)循環(huán)，凈化土壤的作用，同時(shí)一個(gè)良好的土壤環(huán)境也能對(duì)菌類的生長(zhǎng)起到促進(jìn)作用。這就需要進(jìn)行土壤重金屬污染評(píng)價(jià)，檢測(cè)土壤中鉻離子、鉛離子、砷離子等重金屬含量是否超標(biāo)，這些重金屬物質(zhì)超標(biāo)會(huì)對(duì)菌類生長(zhǎng)起抑制作用。

對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)能夠幫助投資者判斷是否值得投資，對(duì)土壤的肥沃度做出正確的判斷，盡管前期會(huì)有較大成本投入，但是是為了后期更大的收益。所以原子吸收光譜法的應(yīng)用在土壤中重金屬污染評(píng)價(jià)方面也占據(jù)重要的地位。

7 結(jié)束語(yǔ)

土壤是人類生存生活不可缺少的物質(zhì)之一，但是隨著目前工業(yè)的迅速發(fā)展導(dǎo)致許多土壤的污染很嚴(yán)重，大多重金屬隨著污水、垃圾的排放在土壤中沉淀，隨之引起農(nóng)作物的重金屬含量超標(biāo)，引起酸雨的發(fā)生。這些都是土壤環(huán)境污染帶來(lái)的弊端，所以需要對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)。原子吸收光譜法的出現(xiàn)能夠有效地利用其靈敏度高、檢出效率高等優(yōu)勢(shì)檢測(cè)出土壤中的重金屬含量，并且對(duì)其在土壤中的元素存在形態(tài)和土壤污染評(píng)價(jià)做出科學(xué)客觀的判斷，從而采取相關(guān)措施幫助土壤恢復(fù)生機(jī)活力，促進(jìn)土壤的可持續(xù)發(fā)展。