原子吸收法测定土壤重金属的原理及注意事项

2022-04-22乌鲁木齐市环境监测中心站周玉芬

区域治理 2022年20期

乌鲁木齐市环境监测中心站周玉芬

在环保检测部门进行土壤检测工作中，原子吸收法是一项非常重要的技术，且随着该技术的进一步发展速度的进一步加快，其在土壤检测中的应用范围和概率也在持续提升。现阶段，原子吸收法主要被应用在土壤重金属检测的相关领域，常见的主要包括重金属元素的形态以及重金属污染评价两个部分，并结合检测结果提出相应的针对土壤进行修复以及治理的意见，从而有效保证污染的治理效果以及土壤修复的质量。

一、原子吸收法的类型及测定土壤重金属的原理

（一）原子吸收法的类型

原子吸收法最早出现于20世纪50年代，是一种在逐渐发展的仪器分析技术。从近几年的情况来看，原子吸收法的研究成果越来越显著，尤其在实际检测土壤的过程中可供选择的检测技术越来越多，而不同类型检测技术的优势以及检测范围也存在较大的差异性[1]。所以在实际选择的过程中也需要充分考虑实际情况，原子吸收法常见的类型主要包括火焰原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法。

火焰原子吸收光谱法是现阶段应用范围最广、使用次数最多的一种检测方法，尤其广泛应用于原子化检测的过程中。然而从实际测试的结果来讲，火焰原子吸收光谱法的灵敏度还十分有限。这种方法主要用于土壤环境检测，其主要的优势体现在便捷性、标准化以及易控制三个方面。现阶段学术界在进行研究探讨的过程中，针对这一方法的研究比较深入，实践性整体较高[2]，因此，这一方法具有较为显著的应用优势。但是从实际应用的角度来看，火焰原子吸收光谱法也存在一定的问题，其在处理一些具有较高耐温性元素的过程中，只能够对于土壤表皮部分进行分离，很难实现深层次的探测和分析，检测结果的精准性有待进一步提升。

石墨炉原子吸收光谱法主要是依托具有较强针对性的原子仪器，先对电流进行加热处理之后进行分析元素原子化，这一检测技术主要被应用于浓度分析以及限度检测的过程之中，相比于火焰原子来说能够使得吸收的数量级得以有效减少，通过对质量进行测定以及分析，相比于火焰吸收的方式能够使得吸收的数量级得到进一步增加。通过对于速度进行测定以及分析不难发现，这种技术存在的一个最为显著的缺陷就是测定的速度较为缓慢，只能够对于单一的元素进行有效的测定。

（二）原子吸收法测定土壤重金属的原理

在实际开展土壤检测相关工作过程中，原子吸收法能够通过对于重金属形态的分析来达到对重金属污染的程度进行评价的目的。原子吸收法在实际应用的过程中有其自身的优势，将其应用在检测土壤环境的过程中优势尤为显著[3]。首先，由于这种方法具有较强的选择性，在实际检测的过程中受到谱线的干扰相对较少，而且谱线之间很少出现重叠的情况。其次，原子吸收法有着较为广泛的吸收范围，能够对主含量元素、低含量元素进行有效的检测，这项检测技术自身具有较高的灵敏度，能够对于数量级的范围及其浓度进行合理有效的测定，进而使得检测数据的精准性能够得到有效保障。

土壤内部普遍存在着较为严重的重金属污染问题，最为常见的一种重金属元素就是铅，这类元素会对土壤产生十分重要的污染，要想对土壤内铅的含量进行有效的测定，最常用的方法主要为石墨炉原子吸收光谱法[4]。在实际应用石墨炉原子吸收光谱法进行样品分析前，样品要先经过消解处理。土壤消解目前最常用的方法参照中华人民共和国国家环境保护标准《土壤和沉积物金属元素总量的消解微波消解法》（HJ832-2017）[5]，具体消解步骤为：称取风干过筛的样品0.25～0.50克(应精确至0.0001克)放置在消解罐中，用少量的实验纯水进行润湿，而后在防酸通风橱中依次加入6mL硝酸、3mL盐酸以及2mL氢氟酸，使样品和消解液得到充分混匀。如果产生剧烈的化学反应，等到反应完全结束后再加盖并拧紧。将消解罐装入微波消解仪中，按照微波消解仪提前设置好的升温程序（详见表1）进行消解，消解结束待样品冷却后进行赶酸处理。赶酸处理在微波消解仪配套装置赶酸仪或其他赶酸仪中进行，赶酸前在消解罐中加入0.5～1.0mL高氯酸，目的在于将不易完全消解的土壤消解完全，赶酸温度一般按照赶酸仪温度要求进行，待消解液赶酸至黏稠状露珠大小时停止赶酸，用实验纯水转入25mL容量瓶中，定容至刻度，然后静置60分钟以上，取上清液待测。

表1 微波消解升温程序

在实际应用原子吸收法针对土壤重金属进行测定的过程中，分析重金属的形态也是重要程度较高的一项内容，所谓的元素形态，主要指的就是对于某一元素内部所含有的不同的同位素进行有效的组合，组合不同的电子价态以及不同的电子组态，进而将其转化成不同的结构形式，使其能够有自身的特异性。土壤和其自身的沉积物内部重金属本身有着较大的形态方面的差异性，常见的形态多数属于结合态，包括碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态以及交换态等。重金属元素的形态会直接对其稳定性产生影响，土壤内部的重金属也会导致土壤环境受到污染，很多重金属自身都具有结构以及形态不稳定的特点。从现阶段的情况来看，在实际进行研究的过程中，其最为核心的方向就是结构的分析以及形态的分析。在实际针对重金属污染进行治理的过程中以及实际修复重金属污染的过程中，最为重点的控制对象就是砷与镉，通过有效分析重金属的形态，对其形态进行更好地掌握，能够对于重金属的情况进行深入的分析，相比于单一元素总量来说，在检测重金属形态的过程中往往有着更高的难度。

二、原子吸收法测定土壤重金属的注意事项

（一）明确空白值的影响及其具体的解决方法

在实际选择原子吸收法测定土壤重金属相关指标的过程中，检测限以及分析结果的精密度会直接受到分散程度以及空白值大小所带来的影响。从相关实验结果的角度来讲，空白值主要会受到试剂纯度、纯水质量以及试验器皿清洁度所带来的影响。

首先，试剂纯度以及纯水质量给空白值所带来的影响。试剂以及纯水给空白值带来的影响主要表现在其内部含有干扰物质以及待检测的金属元素，要想解决上述问题，一方面所选择的纯水要保证二级以上，所选择的化学试剂要达到优级纯的标准，如果试剂的质量难以达到要求，则可以通过萃取、蒸馏以及结晶的方式进行提纯处理；另一方面在对同一批次的样品进行分析的过程中，所选择的纯水以及试剂要能够保证为同一批号以及同一厂家，使得纯水以及试剂给标准样品以及溶液所带来的影响能够保持在同一水平线上[6]。

其次，实验器皿清洁度给空白值所带来的影响。这种影响主要表现在器壁表面会聚集以及浓缩一些待检测的组份，同时也会吸附一系列的异物，会使得样品自身所具有的平行性有所下降。因此，在实际洗涤实验器皿的过程中要能够严格依照实验的相关要求，充分考虑玷污的实际程度以及污垢的性质来进行洗涤方法的选择。通常情况下，要先用洗涤剂将实验器皿清理干净，之后再使用1+1的硝酸溶液对实验器皿进行24小时以上的浸泡，之后再依次使用自来水以及蒸馏水将实验器皿冲洗干净，在倒置的状态之下将实验器皿晾干。

（二）合理控制驱温酸度

在实际对土壤进行消解处理的过程中，残留的酸会在一定程度上影响到原子吸收光谱仪、待测元素以及石墨管。在进行消解处理之后，还需要将酸赶净。但是在消解温度过高的情况下，在发生酸蒸发作用的过程中，挥发性元素也会相应地出现损失。而在温度过低的情况下，尤其是在分解试样的时间不够的情况之下，非挥发性元素则很难实现完全溶出，因此消解温度的选择要能够保证合理性。

由于在实际消解土壤样品的过程中，先需要用水对土壤样品进行润湿处理，消解过程中要将盐酸加入其中，在对盐酸进行加热处理并且到达一定程度之后则会逸出大量的氯化氢气体，进而稀释盐酸的浓度。而随着盐酸浓度的下降并且到达一定程度之后，水和氯化氢之间的混合物往往有着最高的恒沸点，通常情况下这一恒沸点是108.6℃，因此在控制盐酸消减温度的过程中要能够将其控制在110℃左右。

盐酸消解过程中，可当其到达相应的体积之后再进行混合消解，通常情况下需要使用到高氯酸、氢氟酸以及硝酸三种酸。从市面销售的氢氟酸以及硝酸的情况来看，其沸点多数是在120℃，而在高氯酸方面，多数的沸点都是在203℃。因此，在实际设置电热板温度的过程中使其能够保持在205℃左右即可。最后随着高氯酸冒尽浓厚的白烟，而且其内容物相对黏稠而且处在不流动的状态之中，则需要停止对其进行加热处理，小心地摇动，随着其余热的蒸发到达近干状态即可，但是要避免干涸的状态。

在实际消解总铬的过程中要能够控制好电热板的温度，使其能够保持在150℃左右。主要原因在于加入了高氯酸之后，在高温氧化的状态之下也会产生少量的氯，这会在一定程度上使得铬以 CrOCl 形式出现挥发，进而产生损失，这也会导致总铬的测定结果整体呈现出偏低的状态。

（三）注意优化原子吸收仪器条件

首先，在实际选择灯电流的过程中，空心阴极灯的发射特性能否真正得到充分的发挥，灯电流是最为重要的影响因素。在实际开展工作的过程中，试验也需要结合不同的仪器特点。通常情况下，主要是针对工作电流在发生变化的过程中同步进行标准溶液吸光度的绘制，通过这种方法来保证灯电流选择的合理性。比如：对于ZEENiT700P原子吸收光谱仪来说，铜灯在实际工作过程中，5mA是最大的工作电流，将工作电流设定为最大工作电流的100%、75%以及50%，针对浓度为1.0mg/L以及0.2mg/L标准溶液重复进行测量，从实验的相关结果来看，灯电流越小的情况之下，灵敏度也会呈现出相应升高的状态。但是，在灯电流过小的状态之下，信号的稳定性也会整体呈现出下降的趋势。随着灯电流的升高，稳定性也会相应升高。但是，在灵敏度下降的情况之下，灯的使用寿命也会相应地受到影响。从实验的角度来进行分析，稳定性和灵敏度对等电流的相关要求具有相互矛盾的特点。因此，在实际进行灯电流选择的过程中，也需要对于这一问题有充分的考量，建议在微量元素相关指标保持稳定的情况之下，为了使得灵敏度能够切实得到有效保证，先使用较小的灯电流。而对于浓度较高的元素来说，为了使得较高灵敏度的相关要求能够真正得到有效满足，在实际进行灯电流选择的过程中则需要尽量增加，进而使得稳定性能够得到保证。

其次，石墨炉原子吸收法升温程序。在实际应用石墨炉原子吸收法的过程中，其选择的升温方法主要为程序升温的方式，伴随着试样溶液状态的变化，升温条件也会相应地发生变化。通常情况下，需要多次进行实验，选择同一浓度的标准溶液，按照原子化温度改变以及灰化温度改变过程中所测得的吸光度作图，进行“灰化-原子化曲线图”的绘制，进而明确待测元素最佳的升温程序[7]。例如： ZEENiT700P原子吸收光谱仪在实际工作的过程中，由于动作菜单中含有灰化原子化的相关工作，通过查找原子化以及灰化过程中所需要的最佳温度，能够使得原子吸收仪器能够收到更好的工作效果，实现功能的优化。

三、结语

综上所述，在实际针对土壤环境进行检测的过程中，原子吸收法是应用概率较高的一种方法，常用的包括火焰原子吸收光谱法以及石墨炉原子吸收光谱法，在实际应用的过程中能够实现对于土壤中重金属的含量进行定性及定量的分析，借此来对重金属所产生的污染进行合理有效的评价，对生态环境的改善以及农业生产打下良好的基础。在明确了原子吸收法测定土壤重金属的原理和注意事项的基础上，也能更好地发现原子吸收法在土壤中金属测定过程中所存在的问题，并提出针对性的解决方案，保证测定结果的准确性，为测定效益的整体提升打好基础。