在環(huán)境監(jiān)測(cè)中, 原子吸收技術(shù)的運(yùn)用極為重要, 這項(xiàng)技術(shù)的提出與應(yīng)用給環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)帶來(lái)了歷史性的變革與發(fā)展, 其中代表性的方法為原子吸收光譜法。本文以原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用為例, 分析原子吸收光譜法的基本操作方法和樣品處理技術(shù), 并對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的在實(shí)際中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。

原子吸收光譜法具有靈敏度高、抗干擾性強(qiáng)、精度高以及速度快、適用情況廣等諸多種優(yōu)點(diǎn), 因而在環(huán)境監(jiān)測(cè)分析中被廣泛運(yùn)用。20世紀(jì)80年代, 國(guó)家環(huán)保局就在《環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中就將原子吸收光譜法列入環(huán)境監(jiān)測(cè)有關(guān)金屬元素的范例標(biāo)準(zhǔn)方法[1]。

1 原子吸收在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的地位

原子吸收技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于其選擇性強(qiáng)、靈敏度高、分析范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)。而ICP-AES儀器最大的缺點(diǎn)就是價(jià)格非常昂貴, 并且不接受專業(yè)培訓(xùn)很難快速掌握, 特別是監(jiān)測(cè)一些復(fù)雜樣品中的微量元素, ICP-AES法便難以實(shí)現(xiàn), 更不用說(shuō)超痕量元素了。原子熒光光度計(jì)只針對(duì)部分某些特定元素具有較好的效果, 對(duì)于Cd、Pb等元素, 監(jiān)測(cè)過程極其繁瑣且抗干擾性差, 遠(yuǎn)不如原子吸收技術(shù)?？偠灾? 原子吸收技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中是難以完全替代的不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)[2]。

2 原子吸收技術(shù)的三種細(xì)分方法

2.1 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜法多應(yīng)用于可原子化的元素, 并且對(duì)大部分元素敏感, 檢測(cè)極限與速度相對(duì)較高, 而且檢測(cè)模式簡(jiǎn)單, 具有高可重現(xiàn)性, 單次監(jiān)測(cè)成本低。但是這種技術(shù)只有在達(dá)到ppm級(jí)時(shí)才可以定量分析, 也就是說(shuō)該技術(shù)的監(jiān)測(cè)精度受霧化器與元素原子化水平的高度制約。

2.2 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法是為了提高元素的原子化, 通過利用石墨材料與電流加熱技術(shù)促進(jìn)元素原子化。該檢測(cè)方法只需要極少的樣品就能夠完成檢測(cè), 并且元素原子化的溫度可以相對(duì)自由調(diào)節(jié), 實(shí)驗(yàn)安全系數(shù)較高。不過該方法也存在著分析范圍窄, 成本高, 精度低, 耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn), 并且難以重現(xiàn), 當(dāng)樣品成分相對(duì)復(fù)雜時(shí), 檢測(cè)過程就非常容易受到干擾[3]。

2.3 氫化物發(fā)生法

氫化物發(fā)生法靈敏度高, 如Ce、Aa、Hg、Ph、Bi、Sb、Sn、Se等容易形成氫化物的元素常用這種方法。這類元素在酸性環(huán)境中, 用硼氫化物處理, 產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)可以形成氣態(tài)氫化物。因而利用該分析法能夠讓被分析的元素與基體相分離, 進(jìn)而大大降低在檢測(cè)過程中的干擾, 檢測(cè)精度可以明顯上升。

3 土壤樣品處理方法分析

原子吸收技術(shù)在土壤監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵一環(huán)就是對(duì)樣品土壤進(jìn)行處理, 因此下面簡(jiǎn)單介紹幾種土壤處理方法。

3.1 電熱板濕法消解法

電熱板濕法消解法相對(duì)而言比較操作, 因而得到廣泛使用。但是該方法消化的時(shí)間較長(zhǎng), 同時(shí)因?yàn)榧尤氲拇蠖酁楦呒兌葟?qiáng)酸, 因此很容易形成較多雜質(zhì), 進(jìn)而影響檢測(cè)精度;此外在消化時(shí)還會(huì)產(chǎn)生許多的酸性氣體, 這對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的身體健康有較嚴(yán)重的威脅[4]。

3.2 干灰化法

干灰化法的優(yōu)勢(shì)在于空白值較低, 雜質(zhì)較少, 應(yīng)用范圍廣, 因此幾乎可以應(yīng)用于絕大多數(shù)樣品, 但是也存在處理時(shí)間長(zhǎng)、元素?fù)p失以及污染環(huán)境等問題。

3.3 微波消解法

微波消解法是指利用微波對(duì)樣品進(jìn)行加熱, 進(jìn)而在短時(shí)間內(nèi)使樣品整體溫度均勻提升, 此時(shí), 樣品分解會(huì)加快, 溶解速度也得到明顯提升。這種處理方式可以有效的避免環(huán)境污染問題。同時(shí)由于這種方法是在密閉空間中進(jìn)行試驗(yàn), 所以還可以有效地避免樣品元素?fù)p失, 進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)精度。

總而言之, 土壤種類復(fù)雜, 土壤樣品的基質(zhì)存在非常大的差異, 因此需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇對(duì)應(yīng)的方法。

4 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 在土壤重金屬污染評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

工業(yè)廢渣、廢氣中重金屬的擴(kuò)散、沉降、累積, 含重金屬?gòu)U水灌溉農(nóng)田, 以及含重金屬農(nóng)藥、磷肥的大量施用, 是造成土壤的重金屬污染的主要原因。

筆者采用火焰吸收原子光譜法對(duì)某廢棄砂金礦土壤中的Hg、As等重金屬污染情況進(jìn)行監(jiān)測(cè), 結(jié)果發(fā)現(xiàn)該地土壤中的Hg、As等5種元素含量均低于標(biāo)準(zhǔn)值, 與天然土壤相比, As、Cd、Cr分別增加了83%、78%、101%。梅羅綜合污染指數(shù)0.7<P<1.0, 土壤重金屬污染等級(jí)屬清潔等級(jí), 因此建議該地區(qū)在生態(tài)恢復(fù)建設(shè)過程中應(yīng)該著重加強(qiáng)土壤水分或養(yǎng)分問題。

筆者采用火焰吸收原子光譜法對(duì)某中藥材基地土壤中Hg、As、Pb、Cd、Cr等元素進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn), 雖然該地的土壤存在一定污染, 但土壤樣品中重金屬含量均未超標(biāo), 均符合無(wú)公害中藥材環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 重金屬元素形態(tài)的分析

元素形態(tài)是指元素存在的具體形式, 重金屬在土壤和沉積物中, 可以交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、硫化物、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)存在, 前3種形態(tài)穩(wěn)定性差, 后兩種穩(wěn)定性強(qiáng), 重金屬污染物的危害主要來(lái)源于穩(wěn)定性差的形態(tài)。

為探究土壤中重金屬對(duì)生物的潛在危害性, 筆者對(duì)某地區(qū)公路旁的216個(gè)表層土壤樣品中的Pb、Zn、Cu、Ni、Cr等重金屬元素的不同形態(tài)含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 土壤中重金屬有效態(tài)占比較大, 有效態(tài)的主要存在形態(tài)為有機(jī)態(tài)和Fe-Mn氧化結(jié)合態(tài), 在5種重金屬元素中, Zn的有效態(tài)含量最高, 殘?jiān)鼞B(tài)較低, 因此應(yīng)該注意其該地生態(tài)系統(tǒng)的潛在威脅。為揭示土壤重金屬形態(tài)分布及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀況, 筆者采集某河岸12個(gè)土壤樣品進(jìn)行重金屬形態(tài)分析, 研究結(jié)果顯示, 該河岸土壤受到嚴(yán)重的重金屬污染, 7種重金屬元素中, As、Cd、Zn與Cu屬于重度污染的水平, 其中As以殘?jiān)鼞B(tài)居多, Zn以殘?jiān)鼞B(tài)和Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)居多, Cu則以殘?jiān)鼞B(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)居多, Cd具有形態(tài)多樣的分布特征, 因此初步判定, As和Cd為該河岸土壤重金屬污染治理和修復(fù)的首要控制元素。

5 小結(jié)

在未來(lái)原子吸收光譜法可與其他檢測(cè)手段聯(lián)用, 比如原子吸收光譜與高效液相色譜、氣相色譜、毛細(xì)管電泳等聯(lián)用, 減少測(cè)量誤差, 從而提高其檢出限、測(cè)量精度, 使人們對(duì)土壤樣品的監(jiān)測(cè)水平得到進(jìn)一步的提高, 使其在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。

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