原子吸收光谱法在土壤环境监测中的应用

邬晨星，霍东旭，郑培铭

（浙江仁欣环科院有限责任公司，浙江 宁波 315016）

在人类生产生活当中，土壤是一项极为重要的生产资料。在农业社会中，土壤为农作物的生产提供了环境；而在工业社会中，土壤则为工业活动的开展创造了条件。在经济社会不断发展的过程中，土壤环境的质量每况愈下。一些工厂为了节约污水处理成本，会直接将污水排放至土壤当中，这些污水会进入到生物圈的水循环系统，形成酸雨等自然灾害，导致土壤受到二次污染[1]。与此同时，为了满足人们的建筑的多样化需求，房地产行业快速崛起，大量的土地资源用于建造房屋，这使植被的面积减少，土壤的自我修复能力也随之下降。通过有效的土壤环境监测，可以了解土壤中的污染物质，尤其是可以对重金属的含量与形态进行检测，在这个基础上采取有效的措施来对土壤环境进行优化。

1 原子吸收光谱法的常用类型

1.1 氢化物发生法

在土壤环境污染类型当中，重金属污染是最为常见的类型，这些重金属会进入到植物体，并通过食物链的累积和富集作用对人体健康造成威胁。土壤当中容易出现铯、硒、铂、汞、砷等重金属元素，这些元素比较容易产生阴离子。在这些离子的种类进行检测的时候，可以使用氢化物发生法。在检测之前，首先要使用硼氢化钠来对土壤进行预处理。硼氢化钠具有较强的还原性，能够将土壤当中重金属元素进行还原，使其以阴离子的形态存在，并与硼氢化钠当中的离子相互结合，形成气态氢化物。在土壤环境监测实践当中，工作人员还会通过流动注射氢氧化物的形式来将河流中的沉积物和砷元素吸收。在实际应用的过程当中发现，氢化物反应法在土壤环境监测当中表现出了快速、高效的特点，各项操作也比较便捷，在准确度和精密度方面也符合实际需要，不仅可以对土壤环境当中重金属元素的种类进行分析，还可以对各类元素的具体含量进行测量。

1.2 石墨炉原子吸收光谱法

石墨炉原子吸收光谱法的特点是在可以电流的作用下进行原子化加热，最终对土壤环境进行分析和监测。在实际应用的过程中，工作人员会在水平方向上对水墨炉进行均匀地加热，这可以降低温度分布不均匀问题发生的频率，同时提高原子化的效率，更好地对元素原子化进行分析[2]。该方法在实际应用的过程当中展现出了以下几个优势。第一，石墨炉原子吸收光谱法的操作过程比较简单，石墨炉的结构也并不复杂。第二，实验过程表现出了较高的安全度和灵敏度。与传统的火焰原子光谱法相比，该方法的进样量更少，同时可以根据实际情况来调节原子化温度。但与此同时，该方法也有一定的不足。第一，石墨炉原子吸收光谱法的应用会增加土壤环境监测的费用；第二，检测结果的精准度并不高，尤其是在信号重现性方面表现出了一定的不足；第三，实验检测的速度比较慢，难以在快速检测活动当中应用；第四，如果土壤样品成分比较复杂的话，在检测的过程当中可能会出现背景吸收干扰的问题，这会对土壤环境监测的结果造成不良影响。

1.3 火焰原子吸收光谱法

在面对异原子化元素的时候，可以使用火焰原子吸收光谱法进行检测。在检测的过程当中发现，该方法可以将那些已经存在的元素灵敏地检测出来。与其他的原子吸收光谱法相比，该检测方法最大的优势就在于检测成本低，重现性比较高。与此同时，火焰原子吸收光谱法的可操作性比较强，检测的速度也是比较快的，可以满足基本的检测需求，因此它在土壤环境监测当中的应用频率也是最高的。

2 原子吸收光谱法在土壤环境监测中的应用优势

2.1 选择性强

众所周知，土壤环境当中存在很多不同类型的原子，其中有很多原子是共存的，它们难以被分离。即使运用一定的手段和方法，也难以将这些元素从土壤当中完全地剥离开来，这是土壤环境监测过程当中需要解决的一个重要问题，会对监测结果的准确性产生影响。而原子吸收光谱法的应用就可以有效解决这一问题。这是因为原子吸收光谱法具有较强的选择性，在面对共存原子的时候可以将其分离。即使无法分离，也可以对共存原子当中有检测需要的原子进行检测。与其他类型的光谱相比，原子吸收光谱是基于原子层面的，光谱直径比较小，谱线受干扰的可能性也比较低。在发挥作用的过程当中，这些谱线通常只会在主线系发生改变。与发射谱线相比，干扰线与谱线之间基本不会重叠，这决定了光谱在保持较高选择性的同时可以避免受到干扰。在土壤环境监测的时候，即使无法将邻近谱线彻底进行区分，原子吸收光谱也可以准确地对原子进行分析。

2.2 灵敏度高

在目前所使用的原子检测方法当中，原子吸收光谱法是灵敏度最高的方法。在土壤环境监测的过程中，面对大多数元素，该方法都可以达到ppm级别，这使原子分析变得更加简单，可操作性也更强，元素测定和分析的时间也可以被缩短，检测的速度和效率得到了明显提升。基于高灵敏度，在土壤环境监测的过程中只需要少量的样本数量，这减少了进样，同时缩减了采样的成本[3]。与此同时，土壤采样是一项最基础的工作，但在很多情况下采样人员需要面对危险的地势，这使土壤采样的难度增加，采样的数量比较少，最终导致检测结果的准确性难以得到保障。在原子吸收光谱法的支持下，即使面对较少的样本数量也可以确保检测结果的准确性。基于高灵敏度的特定，可以对有限的进样进行分析，在面对微量、痕量甚至是超痕量的时候，原子吸收光谱法都可以表现出较高的灵敏性，提高了土壤环境分析的效率。

目前，原子吸收光谱法可以对73种常见元素进行检测，元素的分布范围具有较高的广泛性，对于土壤环境监测当中常见的元素种类，该方法可以有效地进行检测。尤其是在面对成分复杂的土壤样品时，分析范围广的原子吸收光谱表现出了明显的优势。除了固态的样品之外，原子吸收光谱法在面对液态样品和气态样品的时候也表现出了较高的准确性。基于这一特性，在进行土壤环境监测的时候，可以直接将采集到的土壤作为样品，不需要对其进行稀释，这使检测过程变得更为便捷和高效。除了对金属元素进行测定之外，原子吸收光谱法在面对非金属元素的时候也可以做到准确检测，能够通过间接测定法将元素的种类和含量检测出来。由此可见，在面对不同性质、不同形态以及不同量级元素的时候，原子吸收光谱法都能表现出适用性。在土壤环境监测当中运用这种方法，可以对其中的物质进行有效分析，为环境保护方案的制定提供支持。

3 原子吸收光谱法在土壤环境监测中的应用

3.1 样品处理与测量

3.1.1 样品处理

在对土壤环境全量元素进行分析之前，要先对样品进行一系列的处理。具体来说，工作人员要通过消化、熔融等形式将土壤当中矿物质的晶格破坏掉，然后将其中的待测元素转移到相应的溶液中去。目前，样品处理系统主要包含碱溶系统和酸溶系统这两种。在碱溶系统当中，主要是利用碳酸钾、碳酸钠以及氢氧化钠的碱性物质来对土壤样品进行处理；而在酸溶系统当中，则主要是运用氢氟酸、硫酸、高氯酸等酸性物质来进行处理[4]。与碱溶系统相比，酸溶系统的应用率更高，工作人员可以根据实际检测需要，选择两种或者多种酸进行搭配来进行样品处理。在具体操作的过程中，可以基于氢氟酸将样品晶格破坏，然后使用硝酸使样品被溶解，使其实现由固态到液态的转变，这可以提高原子吸收光谱法应用的有效性。

3.1.2 样品测量

在对土壤样品进行测量的时候，要想对待测液的成本进行分析，将其中的有效元素提取出来。其中，镁元素、钾元素以及钙元素等几种元素可以直接进行测量。利用空气—乙炔火焰，可以得到各种元素的具体含量。而对于那些有效态元素，比如铁元素、锌元素以及锰元素等，可以使用一次性浸提剂来进行测量。同时，还可以对元素的酸碱度进行测定，将样品当中的金属元素提取出来，然后再次使用空气—乙炔火焰来对元素的含量进行测定。

3.2 干扰处理

虽然原子吸收光谱法的灵敏度比较高，但在实际应用的过程当中也经常会受到外界元素的干扰。在不排除干扰的情况下，测量的结果可能会出现误差，准确性受到影响。为了解决这一问题，就要对土壤环境监测过程当中的干扰因素进行处理。其中最为常见的干扰因素就是光谱，如果待测元素分线与共存元素吸收线比较接近的话，光谱就会在整个检测的过程中造成干扰。为了削弱或者避免这种干扰，需要重新选择分析线，避免出现波长相近的现象。除了光谱干扰之外，电离干扰也经常会出现。尤其是在土壤环境当中存在较多碱土金属或者碱金属的情况下，原子吸收光谱法就容易受到电离干扰。基于电离干扰，特定波长无法被吸收，最终会影响测试结果。为了消除这种干扰，可以使用火焰法来对元素含量进行测量，但在这个过程中要注意选择温度比较低的火焰。

3.3 污染元素分析评价

土壤环境监测的目的是了解区域内土壤的受污染情况，同时基于其中含量比较高的几种污染元素有针对性地制定相应的处理方案，这样可以使环境保护工作的开展变得更为有效。因此，在使用原子吸收光谱法将土壤环境当中污染性元素的种类、含量以及形态等检测出来之后，还要对这些元素进行分析与评价，基于客观数据了解土壤环境的污染状况和污染程度，同时确定不同元素的具体分布和所占比例。对于那些分布范围广、所占比例高的污染性元素，可以作为污染控制与处理的重点，在这个基础上对污染处理方案进行优化[5]。除此之外，通过对原子吸收光谱法测量结果的结构进行分析，在这个基础上结合实际情况对污染的原因进行分析。比如对于靠近工业园区的样区，通过检测发现土壤环境中存在严重的重金属污染，这是工业废渣和废气没有按照规定进行排放所导致的，对周围生态环境产生了重要的影响，同时对人类的健康造成了威胁。在这个基础上，还可以结合不同污染元素的比例来制定相应的环境保护措施，对区域经济发展结构进行调整。除了对已经存在的污染进行处理之外，土壤环境问题的改善还需要社会各界的共同努力，要对当前的经济结构进行调整，对经济发展模式进行改善，从多个层面来减少环境污染的程度，规避土壤污染的现象。

4 原子吸收光谱法在土壤环境监测中应用的发展趋势

4.1 完善土壤环境监测人才队伍的建设

在市场经济快速发展的背景下，人才的重要性越来越突出。各行各业都缺乏专业化和高素质的人才。在土壤环境监测领域，专业人才短缺也是行业发展的重要制约因素。在未来发展的过程当中，除了要对原子吸收光谱法及相关技术手段进行创新之外，还要完善人才队伍的建设，做好人才培训，提高人才素质。原子吸收光谱法在实际应用的过程当中表现出了较高的复杂性，对人才的技术和能力提出了较高的要求。如果操作人员没有掌握完善的技能，相关工作开展的有效性也将会受到影响。这要求相关部门通过系统化培训的形式来帮助人员提高素质，使他们在掌握先进理论知识的基础上实现技术的创新[6]。除此之外，土壤环境监测部门还要构建起一个完善的人力资源管理体系，在其中明确人才队伍建设的标准和规范，降低问题发生的概率，将影响检测结果准确性的因素进行消除。

4.2 增加原子吸收光谱资金的投入

在土壤环境监测领域当中已经出现了多种不同类型的原子吸收光谱法，这些方法各具特色，在实际应用的过程中表现出了明显的优越性，但同时也暴露出了一定的不足。在未来，国家要增加在原子吸收光谱方面的资金投入，为技术的优化和创新提供资金保障，吸引更多优秀人才的加入，提高土地管理的有效性，同时为生态环境提供保护。对于土壤环境监测部门来说，要充分利用政府支持资金来做好技术的研发，解决当前生产活动当中存在的环境污染问题。最后，政府部门还要在参考国外先进经验的基础上，结合我国实际情况，对土地管理制度进行完善，在推动经济发展的同时实现与环境和资源的相互协调。

5 结语

综上所述，在经济建设和社会发展的过程中，土壤是一项最为基本和也是最为重要的资源类型，这是人类赖以生存的基础。近年来，土壤污染和破坏的问题越发严重，做好土壤环境监测具有十分现实的意义。在这个过程中，原子吸收光谱法是重要的技术手段，表现出了较强的选择性、较高的灵敏度和较广的分布范围。在应用该方法进行土壤环境监测的时候，首先要对样品进行处理和测量，其次要做好干扰处理的工作，最后还要对污染元素进行分析评价。