原子吸收光谱法在测定水中重金属的应用研究

杨 虹

(西山煤电(集团)有限责任公司职业病防治所，山西 太原 030053)

1 原子吸收光谱法的测定原理

原子吸收光谱法，顾名思义，是指元素原子的最外层电子不稳定，不同元素在吸收来自不同波段的入射光照后，原子的外层电子发生跃迁，电子状态会由相对稳定基态转变为不太稳定激发态。在这一过程中，根据元素原子发生的特征光谱与标准谱线对比进行元素定性分析，可以确定出被测元素的种类。与此同时，元素原子共振吸收的辐射光和元素含量呈正比趋势，可以确定出被测元素的含量[1]。

2 原子吸收光谱仪的构成分析

由单一元素发光的空心阴极灯组成的发光系统、由火焰、石墨炉、氢化物、冷蒸汽提供能量进行待测元素干燥、蒸发、原子化的原子化系统，由窄缝、反光镜、色散物体等组成的分光系统、由光电倍增管和电脑等组成的检测系统共同构成了原子吸收光谱仪。

3 原子吸收光谱方法的优缺点分析

原子吸收光度法不仅可以测微量元素原子含量，还可以用于衡量元素含量、超衡量元素含量的测量。这是原子吸收光度法的显著优势。此外，原子吸收光度法测量的元素范围相当广泛，目前通过原子吸收光度法测量元素多达73种，测量范围广泛也是目前原子吸收光度法被广泛应用的一个重要原因。

当然，原子吸收光谱法法也存在许多不足之处。例如，原子吸收光谱法只能用于某种单一元素的测量，不能用于多种元素的统一测量。同时，原子吸收光度法测量方法和条件较为简单，不能适应复杂检测环境中外界条件造成的干扰，这些问题也正是原子吸收光度法今后发展的方向[2-3]。

4 消除外界条件造成的干扰

对于物理条件引起的干扰，我们可以通过配置标准溶液、调节待测样品的溶解度、调节待测样品的物理性质等，提高测试过程的灵敏度。对于化学条件引起的干扰，在实验过程中，可以通过提高火焰温度减少杂质元素的气化含量和加入缓冲溶液等与杂质元素反应，从而减少性能相近的杂质元素对待测样品元素造成的干扰。对于光谱干扰，解决办法就是改变光栅、狭缝等的相关实验参数，从而消除或减小光谱干扰对检测结果产生的影响。

5 原子吸收光谱法在重金属检测中的应用

当用原子吸收光谱法测定水中重金属时，因为不同形态重金属往往有不同的物理化学性质，而且重金属往往不会单独存在，而是和其他物质形成无机化合物、络合物或者络合物存在于水体当中，所以往往需要进行待测样品的预处理，分离出会影响待测重金属样品中干扰物质，再进行待测样品干燥、蒸发和原子化，通过与标准样品的对比分析，得出实际水样中重金属的含量水平。

5.1 金属有机化合物的测定

其中，金属有机化合物是水体中重金属的常见存在形态，目前，对于这种形态的重金属衍生物，常用的分离重金属离子的方法有灰化法、消解法和酸浸提法。其目的都是去除待测样品中有机物，使重金属离子在水体中能够单独存在，减少有机物质对于检测结果的干扰，提高原子吸收光谱仪检测的灵敏度。

5.2 重金属离子测定

对于不同的重金属离子，往往采用不同的原子化方式进行供能，如对重金属铁、锌、锰含量进行测定时，可以配置铁、锌、锰三种重金属的混合硝酸根溶液，常采用火焰原子吸收光谱仪，通过空气-乙炔燃烧形成火焰将重金属元素进行气化，通过空心阴极灯或者无极放电灯相应重金属原子发射光源，测定被吸收的光源，从而得到待测样品溶液中重金属含量，为了避免其他杂质元素如Fe、P等形成物质的干扰，可以使用贫燃火焰进行原子化过程，提高原子吸收光谱法检测的准确性。在对重金属锌进行预处理的过程中，需要调节pH到2以下，便于对待测样品的精确测量，减小实验误差。在待测样品进行原子吸收光谱测定前，需要将重金属元素浓缩15倍达到原子吸收光谱仪可以测定的浓度范围，避免因为浓度范围不够导致待测样品在计算机中无法测出含量，造成样品浪费。

5.3 标准溶液的配置

在重金属测定过程中，需要先测定重金属元素的标准曲线，根据待测样品吸光度得到待测样品中重金属的含量。为了减少测样过程中不必要的误差，标准样品需要现配现用，防止标准样品发生变化。测样前调节待测样品的pH值，形成重金属氯化物，有利于待测样品的原子化过程，提高原子吸收光谱仪测定样品过程中的灵敏度。

5.4 样品的自动化采集

因为人工进行样品处理不可避免会存在误差，现在原子吸收光谱仪多采用自动进样，自动进样样品检测量更加精准化，有利于达到最佳原子化效果，避免人工进样测量的误差，大幅提高了检测的灵敏度。同时，由于待测样品中不可避免发生的部分化学反应，会导致测得重金属含量往往会比真实值更低。因此，需要通过向待测样品中添加抑制剂或者升高溶液温度使溶液中重金属保持游离状态，从而使测得重金属含量更接近于真实值。

6 原子吸收光谱法利用重金属间接检测有机物的应用

有机物中主要是官能团或者基团，属于分子物质，多采用红外光谱、紫外光谱等手段测定，一般不能直接用原子吸收光谱法测定。但是，可以根据有机物的性质将有机物中待测组分按照相应比例转化为原子吸收光谱法中能够测定的元素原子的含量测定，可以实现原子吸收光谱法对有机物的间接测定。

6.1 水中甲醛的测定

甲醛易溶于水，且会危害人体健康，在生活饮用水卫生标准中就对甲醛含量有所限定。因为甲醛中存在醛基，所以可以采用斐林试剂(由含量为0.1 g/mL的氢氧化钠溶液和含量为0.05 g/mL的硫酸铜溶液、含量为0.2 g/mL的酒石酸钾钠配制而成)在沸水浴中加热半小时进行鉴定，溶液中产生砖红色沉淀。也可以用银氨溶液(往洁净的试管中加入1 mL2%硝酸银溶液，然后边振荡边逐滴滴入2%稀氨水，直到最初产生的的沉淀刚好溶解为止)50 ℃水浴加热进行鉴定，溶液中产生光亮如镜的单质银。分别用盐酸溶液和硝酸溶液对甲醛反应产生的沉淀进行溶液，将沉淀溶解过程中产生的Cu离子和Ag离子分别用原子吸收光谱法测定含量，根据沉淀中金属离子和有机物甲醛的配平系数，能够间接得到参与反应的水中甲醛的含量。

6.2 水中酚类有机物的测定

酚类有机物可以通过饮用水进入人体与体内蛋白质作用造成人的中毒昏迷和死亡，因此在生活饮用水卫生标准中也一直对酚类有合物的含量进行限定。因为酚类有合物可以和Co离子可以发生络合反应，所以可以通过甲基异丁酮对钴离子进行萃取，再通过原子吸收光谱法测定钴离子的含量，进而间接得到水中酚类有合物的含量。

6.3 水中卤代有机物的测定

含卤素有机物多数有毒、亲脂肪，易进入人体，难以生物降解，危害人体健康。因为卤素元素可以与银离子作用生成沉淀，所以可以通过将卤素有机物溶解到有机溶剂，通过加热回流、水解等作用，将含卤有机物转化为无机卤化物，通过过量硝酸银滴定转化为沉淀，再通过原子吸收光谱法测定反应过程中银离子的消耗量，进而间接测定参与反应的含卤有机物的含量。

7 原子吸收光谱法在水质检测中的联合应用

在分析物质化学组成和测定物质含量时，常采用多种分析手段相结合的方式，提高物质测定效率，例如在分析砷元素化学形态的过程中，将色谱分析中因子分析法和原子吸收光谱中氢化物发生原子吸收法相结合，扩大了仪器的检测范围。此外，原子吸收光谱仪与气象色谱仪、液相色谱仪连用能够更高效准确测定水质中的有机物。相信随着研究的深入，原子吸收光谱法在水质检测中的联合应用会越来越广泛。

8 结论

重金属在水体中存在形态多样，并且在水体中能够不断迁移转化，毒性不断增强，要想实现重金属污染水体治理，必须先进行水质检测。原子吸收光谱法能够对水中多种元素进行高精确度检测，并且相对而言，检测灵敏度较高，测量重金属范围较广，能够测量含量较低的重金属元素，在实际水体重金属测量中应用广泛，同时，原子吸收光谱法还可以间接测定水中部分有机物的含量。随着原子吸收光谱仪自动化水平的不断提高和原子吸收光谱法在水质检测中的联合应用，相信在未来水体检测中也会发挥越来越重要的作用。