土壤环境监测中光谱法的应用分析

内蒙古自治区环境监测总站呼和浩特分站 王霞

一、原子吸收光谱法发展与基本原理

原子吸收光谱法也被人们叫做原子分光光度法，是鉴于待测元素基态原子蒸汽对其特点谱线的吸收，由特征谱线特征性与谱线被削弱性对待测元素加以定性分析的仪器分析方式。这种方法起源于10世纪初，在10世纪60年代证实了弗兰霍夫线给某一部分元素发射的特征谱线的位置。于1936年乌德逊发现了空气里面存在着汞；1955年，沃尔什提出了峰值吸收基本原理，可以有效解决宽带与光强度方面的问题，实现原子吸收法。原子吸收光谱法关键是借助气态原子吸收一定波长光辐射，让原子内外层的电子由基态跃至激发态的现象所构建起来的。因为原子能级为量子化的，所以，在一切情况下，原子对辐射吸收均有选择。因为各种元素的原子结构与外层电子排布有差别，所以各个元素共振吸收线有不一样的特点。如此可以当作元素定性的依据，吸收辐射强度可以当成定量的依据。所以，原子吸收光谱法可以合理监测土壤里面的一些重金属元素，继而帮助人们掌握土壤质量和环境污染源。掌握原子吸收光谱法原理，如此才可以充分运用于土壤环境监测之中。

二、原子吸收光谱法类型分析

（一）石墨炉原子吸收光谱法

这一方式是一种经过合理使用电流加热原子化的分析方式。在具体实践过程中，水平方面对石墨炉加热可以解决温度分布不均的问题，石墨炉原子化产生尤为重要，对火焰原子化有一定的技术优势，与火焰原子化技术对比分析，灵敏度提高了3到4个数量级，总体零名都是10-12到10-14量级。需要注意的就是，尽管技术优势显著，不过石墨炉原子吸收光谱法依旧有技术方面的阻碍，比如这一技术的重视性比不上火焰法，于待测土壤样本里面的重金属成分更为复杂，有很大的误差。

（二）氢化物发生法

土壤里面易于产生重金属元素，譬如硒、汞、锑、铅、锗、铋等多种元素，用氰化物发生法通常能够得到很好的效果。在具体实践环节中，以上元素一般不适合使用火焰原子化法进行检测，先采用了硼氢化钠预处理，由于这一物质有一定的还原性，可以将以上元素还原成阴离子，与硼氢化钠里面的阴离子构成氢离子结合气态氢化物。比如，在土壤环境监测中，用流动注射氢化物吸收监测河流里面的沉积物和砷，实验结果表示，环境监测之中的砷限是每升2ng，精密度是1.35到5.07%，精准度是93.5到106%，监测汞含量是每升2ng，精密度是0.96%到5.52%，精度是93%到109%。总的来说，氢化物发生法不仅迅速、便捷，而且精度和精密度十分优秀，能够测量与分析土壤中的重金属元素含量。

（三）火焰原子吸收光谱法

土壤环境监测环节，火焰原子吸收光谱法是现下比较常见的技术方式，其工作原理。这种方式的优点就是对多数重金属元素均适用，与此同时检测快速，成本低、操作便捷、结果准确等。在实验室环境中，很多采用了空气-乙炔火焰，温度在2300℃，无法充分融化全部的金属元素，所以后期实验过程中将空气改良成预先混合氧气，提高氧气浓度，促使火焰温度提升，随后改良，把火焰变成氧化亚氮-乙炔，这一类火焰最高的温度能够达到3000℃以上，可以快速处理很多不容易融化的金属元素检测方面的问题。（见图1）

图1 火焰原子吸收光谱法工作原理

三、待测土壤样本预处理

（一）微波消解

微波消解就是利用化学技术对待测土壤样本展开预处理。与过去的外部加热方式有所区别，这种技术是从土壤样本中进行加热处理的。经过合理运用微波消解技术，可以在短期内让待测土壤样本内部提高到一定的问题，缩短土壤样本预处理时间，提高实验活动效率。除此以外，由于微波消解技术下，土壤溶解样本是于封闭情况下进行的，所以，土壤样本于被加热时，样本本身损失会降低，如此就会提高实验精度。比如，对某一土壤样本检测时，首先用微波消解技术，然后用电热板加热驱酸，做好对样本的预处理工作，最后用原子吸收光谱法检测土壤环境中的铅离子等，在通过大量实验以后认识到，其和标准差小于4.7%，加标加收率为94%到98%、96%到102%，微波消解技术与以往的技术方式比较，有很高的精密度与回收率。

（二）超声波辅助

这一技术基本原理，即经过超声波携带的能量，促使土壤样本里面的内部空气逸出，于空气逸出中释放适量的热电荷，除此以外，土壤塌缩会产生热点，造成土壤内部问题提高。超声波辅助采用环境限制性不大，与此同时这一技术带来的污染小、成本低、处理时间短。比如，检测样本的过程中，分别用悬浮液进行样本检测与超声波处理土样悬浮液进样速率为每分钟7mL,在测试时不会有毛细管堵塞方面的情况。除此以外，还有一种处理方式就是进样速率为每分钟3mL,在测试中有毛细管堵塞方面的问题，与此同时对别的四组样品进行平行检测，测试结果是1.9%大于RSD，加标回收率是94%到107%。虽然超声波辅助于土壤环境监测中有各种优势，不过大部分依旧有缺陷，所以在处理样本时，需要避免单纯用一种技术，要搭配各种技术，方可促使效果达到最大化。

（三）悬浮液

这一技术本质在于将待测土壤样本捣碎，并且进行研磨处理以后，把其制作成悬浮液，同时送入原子化设备之中。在土壤环境监测工作过程中，悬浮液技术十分常见，该优势在于操作简单。例如，在用悬浮液技术测量土壤里面的铜元素含量时，先用土壤过筛烘干处理，随后将0.1g的样品放在10mL的容量瓶内，同时添加合适的浓硝酸与琼脂溶液，然后使用震荡机震荡180s，随后开展检测工作。需要关注到的问题就是，对悬浮液质量有影响的因素牵涉有悬浮液酸性与总体浓度等，所以，经过调查中国拟定的有关技术标准可以了解到，悬浮液里面，用硝酸浓度每升0.2ml，琼脂溶液浓度是每升1.5g，待测土壤颗粒直径是76到80μm,可以充分满足上述指标要求以后得到的数据通常是很准确的，所以用悬浮液技术的过程中，需要明晰上述几种指标可否满足精度要求，如此方可确保实验结果精度。

四、原子吸收光谱法运用于土壤环境监测的路径

（一）重金属含量检测

现如今，土壤里面重金属污染严重，就是由于部分工厂废弃物与污水尚未进行有效处理直接被排放到了土壤之中，土壤里面有各种农作物、植物，通过土壤里面的农作物根吸收作用于植物体内富集，接着种植后的农作物里面检测出作物超标，危害人体健康。或重金属进入到植物叶片或植物气孔、气体或灰尘形式散发至大气内，人类从呼吸道吸收进入同样会危害到人体健康。故而，需要增加对重金属的检测，把土壤里面的重金属含量控制在某种范围以内，确保环境与人体健康，推动社会和谐稳定发展。在土壤重金属检测中运用原子吸收光谱法，有很高的灵敏度、检测高效、需要的样本含量不多等，可以对土壤环境监测起到一定的贡献。原子吸收光谱法检测土壤里面重金属的原理就是，根据空心阴极灯或光源中发射一束特定波长光线，各种元素可以吸收波长的光，接着经过原子化器内特定待测元素原子蒸汽时，一些蒸汽被吸收，按照吸收程度的差异性，用原子分光光度计测定吸光度，连接计算机制作吸收光谱，分析元素吸收情况，检测出土壤内的重金属含量。不过这样的方式仅能定量分析无法定性分析，如此必须要在检测以前调查统计土壤内包含的重金属。重金属突然土壤是造成土壤肥沃程度下降的主要原因之一，同时还是造成农作物重金属超标、作物发育慢、生长速度慢的直接因素。经过原子吸收光谱法测定土壤内某一种金属含量以后，使用各种有效的方式可以大大减少重金属含量，提高土壤肥沃力，促使作物快速生长，益于净化土壤环境。

（二）重金属元素形态分析

元素形态关键是说土壤里面重金属元素是通过何种方式存在着的，比如，部分稳定的存在方式：有机结合态、残渣态；稳定性不佳的形态，如：交换态和碳酸盐结合态等。土壤里面的重金属污染物均是通过稳定性不佳的方式存在着的，元素形态分析可以对重金属起到一定的作用。不过对重金属形态分析相比较于重金属含量分析难度大得多，如此对土壤检测有很多的挑战。不过，原子吸收光谱法可以实现对土壤内重金属形态的检测，同时具备检出率高和灵敏度好等优点事分析化学中的进步。可以充分检测出土壤里面的游离态重金属，还可以检测出类似于铁、锌结合态。经过该种检测可以促使环境监测局准确判断土壤重金属稳定性，继而使用合适的举措降解土壤里面稳定性佳的重金属，保护土壤环境，确保土壤环境安全。

（三）土壤样品测量

根据原子吸收光谱法运用维度而言，在处理过程中通常分成消化、熔融方式，不过不管是消化或是熔融，均会破坏土壤里面的矿物晶格，接入将土壤被测元素转移。进行土壤环境监测过程中，相关监测工作者关键是经过碱溶系统与酸溶系统处理土壤的。综合现在的碱溶液处理系统而言，比较常用的就是碳酸钾和碳酸钠等方法，经过这些处理方法，能够有效处理土壤。例如，土壤消化处理过程中，经过合理运用HF-HNO3-HCI04，可以突破土壤里面的矿物元素品格，与此同时土壤样品会转变成SiF4,接着检测工作者需要在溶解以后的土壤里面加入适量的HNO元素，同时挑选科学的材料展开原子吸收光谱法应用，以此获得理想中的元素监测效果。在进行土壤中样品监测和分析过程中，还可以对各种微量元素加以直接监测，与此同时能够大大削弱监测难度，金国乙炔火焰可以提升各种类型的微量元素监测精度。又如，对土壤里面的金属元素，比如铁元素、锌元素等检测的时候，经过一次性浸提剂的运用分析酸碱值，能够有效提高重金属控制成效，提升环保力度。

（四）土壤污染评价

在新时代发展背景下，要求坚持绿色环保城市化发展新理念，增加生态环保与污染治理是重要任务，不过伴随工业化发展规模不断拓展，大多数工业污染物和农田化学药剂排放，造成土壤环境中布满了各种污染元素，在这里面，很多都是重金属污染物，为人类生态环境造成了很大的威胁，同时对人们正常工作与生活造成了不良影响。根据不完全统计，某一地区多个省市县级区域进行土壤环境监测，运用原子吸收光谱法监测土壤里面的Cr元素含量，使用石墨炉原子吸收法对土壤里面的pb、Cd等进行检测，发现土壤内Cr、pb、Cd元素检测结果分别是79.38mg/kg、24.73mg/kg、0.17mg/kg，通过比较可以发现已然超过标准范畴，由此看来，这一地区土壤环境属于重度污染区域。根本原因就是工业发展与人们生活对土壤环保方面的意识较弱。造成这一地区发生重度污染的元素就是铅元素。据此，在开展土壤环境监测时，使用火焰原子吸收光谱法检测土壤环境内所含的铅元素。在正式检测工作中，先要做好待测样本选择和处理，并且用NHO对样品展开化学消解工作，在进行火焰原子吸收谱线法检测的过程中运用乙炔火焰泻落法，对完全赶酸和不完全赶酸的样品加以对比，接着经过实际土壤环境监测条件，挑选10份0.5g每份的标准样品，分为2组（每组5份），一组加入适量的氢氟酸溶液与硝镪水，进行空白试验。一组在消解后土壤内加入高氯酸，加以赶酸定容处理。不完全赶酸和完全赶酸结果见表1和表2所示。

表1 不完全赶酸铅含量监测

表2 完全赶酸铅含量监测

（五）土壤环境监测干扰消除

于土壤环境检测中使用分子间吸收光谱线技术通常可以引发多种影响，比如来自光谱、电离等各层次的影响因素。对光谱干扰来说，开展土壤环境试样检测时，因为多种元素的收线高度重叠，本身会构成光谱干扰影响，与此同时因为元素呈现出的特点有差别，各个元素之间会主动吸收光辐射，如此会导致元素间的波长差变小，从而影响到生态环境监测结果。故而，在生态环境监测中，运用原子吸收光谱法的过程中，也应采用别的波长类型加以分析，积极改进生态环境监测结果。再者，对电离干扰而言，体现在碱土金属与碱金属直接的电离影响方面，土壤里面的离子可以吸收波长带来的辐射，因此会造成监测结果精度下滑。结合该种情况，需要挑选低温火焰，原因在于低温火焰可以降低电力。为提高土壤环境监测效果，在监测工作中需要增加适量的缓冲剂，借此防止受到电力所干扰。在消除物力干扰时，因为物力干扰是经过标准溶液与试液溶液直接物理性质差距导致的，比如二者试液浓度与表面张力有差别，故此在进行监测工作时，需要挑选差异化的监测方式获得良好的监测效果，防止因为物理反应导致结果偏差。比如，火焰原子吸收光谱法运用过程中，溶液有差别，则黏度就有所不同，会有雾化效率的差异，影响雾化速度和大小。故而，在土壤环境检测中运用原子吸收光谱法，需要尽量混合标准溶液和试液，继而降低对土壤环境监测效果带来的影响。

五、结束语

总的来说，在土壤环境监测过程中，对重金属检测是非常重要的工作，原子吸收光谱法就是针对重金属检测的最有效的方式，与此同时还是非常常见的技术方法，其不但可以快速检测土壤里面的重金属物质，还可以帮助工作者制定科学的土壤环境治理方案，所以，增加对原子吸收光谱法的运用力度，对改善生态环境，发挥着重要作用与意义。