试论土壤重金属光谱检测技术

2014-01-31张文磊

资源节约与环保 2014年5期

关键词：光谱法拉曼原子

张文磊

（重庆开元环境监测有限公司重庆 400020）

土壤是一种宝贵的自然财富，是人类得以生存和发展的物质基础。然而随着工业的迅猛发展，土壤重金属污染问题日益凸显，并通过食物链最终蓄积在人体内，给人类的生命健康造成了严重威胁。所以，基于土壤重金属光谱检测技术予以探讨具有相当积极的现实意义。

1 土壤重金属光谱检测的分析

1.1 国内研究现状

在重金属光谱检验方面，我国虽然起步偏晚，但发展态势良好。主要涉及如下方面：1）在原子吸收分光光度分析法的帮助下对经过酸消解处理后的土壤样本进行分析，从而得到其中的组分及含量，如铜和铅等；2）借助表面增强拉曼光谱法，同时结合巯基苯甲酸的应用，通过扫描电镜完成对重金属离子的相关分析；3）在LIBS方法的帮助下，对土壤中的某些金属成分予以准确检测，获得相关数据并加以深入分析，以期了解LIBS在定量化反演领域所具有的应用效果及优势[1]。

1.2 国外的研究现状

在土壤重金属光谱检测技术方面，国外起步较早，研究成果较多，主要涉及如下方面：1）在反射光谱的帮助下，对矿区土壤重金属污染状况进行分析和评价；2）基于LIBS方法，对土壤中某些技术元素进行检测以及分析；3）在电感耦合等离子体发射光谱技术对事先经过相应处理的土壤进行分析，得知其中重金属的实际含量以及具体形态；4）研究方向日趋多元化，如智能软件技术和LIBS方法联合应用，对土壤中的镉元素予以分析。

2 土壤重金属光谱检测方法分析

2.1 激光诱导击穿技术与原子荧光光谱法

激光诱导击穿技术（英文简称LIBS）属于一种应用广泛的激光烧蚀光谱分析技术。其工作原理是：激光在会聚透镜的帮助下完成会聚，高峰值功率密度将会对目标样品施加作用，使其表面物质发生气化及电离，进而释放出具有高温及高能性质的等离子体，并向四周辐射原子光谱以及离子光谱，并为相应的光学系统所捕捉，经由输入光纤被耦合到光谱仪的入射狭缝中，光谱信息便会经由数据采集控制器传输给计算机，对目标光谱予以相应分析，便能够计算出被测物质的具体成分以及浓度[2]。

原子荧光光谱法（英文简称AFS）的原理如下：由激发光源提供相应的发射光，对一定浓度条件下的目标元素的原子蒸汽予以照射，从而获得原子荧光，应用Lambert-Beer定律对测定荧光强度予以分析和计算，如此一来便能够准确计算出待测样品中目标元素的具体含量。

2.2 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法（英文简称AAS）的原理如下：由空心阴极灯提供一束相应波长的入射光，并穿过位于原子化器中目标元素的原子蒸汽，部分入射光将会被吸收，至于穿过部分则会被送入分光系统以及检测系统，便可得到吸光度，基于吸光度和目标元素原子浓度之间的线性关系，便能够计算出待测物的具体含量。

2.3 表面增强拉曼光谱法

表面增强拉曼光谱法（英文简称SERS）的突出特性就是能够获得很大的增强因子，即在SERS现象中，常规拉曼光谱所提供的拉曼信号将会被大幅增强，另外，SERS光谱有效规避了散射截面相对偏低的缺憾，所以，SERS已经发展成为一种应用价值非常高的激光光谱技术。SERS技术除了具有理想的特异性之外，还特别适合生命科学领域的相关研究，如分子水平的非标记无损伤检测研究。该技术具有优异的灵敏度，能够在单分子水平上进行相关检测，以液体环境下的检测为例，其检测线度相当理想，高达10m到14m之间。

2.4 X射线荧光光谱技术

X射线荧光光谱技术的原理如下：待测样品对X射线的吸收效果将会随其成分种类及数量的不同而发生相应的变化，从而可实现对待测样品中目标成分的定性测定以及定量测定。该技术不仅融合了现代电子技术，而且融合了光谱分析技术，同时还融合了计算机技术等，具有较为广泛的应用空间和前景，因而发展成为当前备受瞩目的现代化仪器分析技术[3]。