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原子吸收光谱仪

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原子吸收光谱法在土壤环境中的应用

发布日期:2021-03-29  点击次数:

  关键词:原子吸收;光谱法;土壤环境;应用;美析集团(www.macylab.com)

  土壤是人类最重要的资源,在人类生活中有着举足轻重的地位,是人类赖以生存的根本,丝毫的破坏和污染都会对人类的生活和生存造成不可估量的后果。而随着我国工业化进程的加快,各种城市建设速度的提升,对环境的破坏已经远远超过了环境自身的恢复速度,使得我国的土壤资源受到了严重的污染,也影响着人们的日常居住问题。在改善土壤环境方面,人们使用了很多方法,其中最有效的就是原子吸收光谱法,能够及时高效地检测土壤,包括重金属含量以及重金属元素的分布,确定重金属的污染情况,掌握土壤最真实的情况,并对土壤的实际情况做出合理和合适的方案,从而解决重金属的问题,防止土壤的进一步恶化。本文首先介绍了几种常见的原子吸收光谱法,然后讨论了原子吸收光谱法在土壤环境中的应用,并指出原子吸收光谱法在应用中的注意事项和干扰消除的方法,有利于评估土壤的真实形态,为社会生态环境的了解和发展提供基础。

一、原子光谱技术

20世纪中期,原子吸收光谱法诞生,主要的原理是定量分析不同原子蒸汽的不同谱线吸收情况,根据待检元素的固定波长,可得出辐射吸收值,从而得出元素含量。目前,主要原子吸收光谱技术包括火焰原子吸收法、石墨炉原子吸收法和氢化物等。

1.1火焰原子吸收法

火焰法原子吸收光谱法是一种最为成熟的检测手段之一,主要应用于土壤金属元素的检测,优点是操作简单且易受控制,设备简单,几乎没有干扰性,便于开展小范围的检测。但是火焰法原子吸收光谱法对2种元素不适用,一种是耐高温元素,火焰法的温度不足以将其分解,另一种是共振线在远紫外区的元素。叶正茂等对土壤样品经过研磨、筛选和微波消解处理后,用火焰原子吸收测定铅含量,结果表明该方法简便快速,适用于大批量土壤元素的检测。

1.2石墨炉原子吸收法

石墨炉原子吸收法的产生基于1957年石墨炉原子化技术的诞生,石墨炉原子吸收光谱法的原子化器是石墨,再通过电流加热的方式使得元素原子化,以达到便于分析的程度,灵敏度可高达10~13g,与火焰法相比,具有较高的原子化效率,此外,还具有操作简单、实验安全性高、灵敏度高和实验所需量少等优点,使得石墨炉技术的发展极为迅速,但是石墨炉原子吸收法也存在检测速度慢、广谱窄、成本高、检测精度低和重现性差等缺点。此外,在进行较为复杂的土壤样品检测时,比较容易受到干扰,影响测定结果。刘英波等采用石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中痕量镉,通过实验得出该方法灵敏度高、精密度高、线性关系好,能满足土壤中痕量镉重金属元素的测定。

1.3氢化物法

氢化物法是一种极其灵敏的检测手段,常用于AsSnPbSe等易形成氢化物的元素中,而这些元素难以被火焰法检测出。氢化物法实现元素原子化的途径主要是将基体和元素分离,这样做可以降低外部环境对检测的影响,提高样品的进样效率,目前氢化物发生法的进样效率可高达100%,因此在AsSnPbSe等元素的检测中应用最广。

二、原子吸收光谱法的优势

原子吸收光谱法作为土壤环境监测中较为重要的技术手段,在实践中应用范围越来越广。当前,原子吸收光谱法的优势主要是灵敏度高、抗干扰性强和分析范围广。

2.1灵敏度高

传统的检测方式,灵敏度较低,且无法测量出部分元素和部分数据,因此严重限制了土壤测量技术的发展,而原子吸收光谱法对大部分的元素都可以达到×10-6数量级的检测灵敏度,辅助以特殊方式,如预富集,甚至可以达到×10-9数量级的检测灵敏度,这是其他检测方式难以达到的。

2.2抗干扰性强

传统检测过程中,极易出现原子光谱重叠或者相互干扰的情况,严重影响了检测的灵敏度和精准性,而原子吸收光谱法由于具有原子吸收带窄等特点,不易受到外界的干扰,很好地避免了这种情况,而主线变化的可能性很低,因此重线的概率极低,这种较强的抗干扰性可以使得检测的数据更精确和可靠。

2.3分析范围广

据统计,原子吸收光谱法包括70多种检测方法,如此种类繁多的检测方法几乎包括了常见的元素,不仅仅包括主量元素、较低含量元素和低含量元素,还包括微量和超痕量元素,甚至还能检测到部分非金属元素和大部分的有机物,因此原子吸收光谱法的分析范围非常广。综上所述,原子光谱法的优势主要体现在灵敏度高、抗干扰性强和分析范围广上,基于这些优势,原子光谱法在土壤环境中的应用越来越广泛,也越来越重要。

三、原子吸收光谱法在土壤环境中的应用

3.1评价土壤重金属污染情况

土壤、空气和水资源是人类最重要的3大资源,是人类赖以生存的根本,在生活中有着举足轻重的地位,丝毫的破坏和污染都会对人类的生活和生存造成不可估量的后果。而随着我国工业化进程的加快,各种城市建设速度的提升,对环境的破坏已经远远超过了环境自身的恢复速度,使得我国的土壤、空气和水资源都受到了严重的污染。对于土壤来说,工业产生的工业废气、废水造成了可怕的重金属污染,连大兴安岭的土壤中都发现了Hg等重金属元素,并且含量已经超标,不仅如此,科学家还发现其他重金属元素的含量也在不断增加,面临如此严峻的土壤污染情况,应使用原子吸收光谱法对土壤情况进行检测,及时对相关土壤进行治理,便于改善土壤结构。宋智萍等利用原子吸收光谱法检测山西师范大学三个不同校区,目的是检测不同校区土壤中的重金属含量,结果表明,仅一个校区受到Cu元素的轻微污染,这样的检测及时地让人们了解土壤的元素含量,可采取相应的措施和手段进行治理,保证了人民生活的安全和工农业发展的稳定。

3.2分析重金属元素形态

重金属元素形态是指重金属元素具体的存在形式,主要包括结合态和交换态等形态,这些形态一般稳定性较差,易对环境造成重金属污染,因此,应用原子吸收光谱法对重金属元素形态进行分析迫在眉睫,但是形态的分析难度较大,流程复杂,并且要求极高的灵敏度,因此就要求检测方法的精准化和灵敏化。通过对鄂尔多斯的土壤进行检测后发现,该区域土壤中的重金属的主要存在形态是Fe-Mn氧化结合方式,类似这样的检测,就可以为土壤环境监测的工作提供可靠的数据支持,便于研究学者了解该区域的土壤重金属元素形态,并根据实际情况对土壤提出可行性治理方案,有效控制土壤的重金属污染情况,保证土壤始终处于一个健康的状态,稳固人类生存的根本,促进我国工农业发展。

四、干扰的消除

原子吸收光谱法在检测过程中主要的干扰来源于光谱干扰、电离干扰和物理干扰。

4.1光谱干扰

在待检测土壤试样中,如果存在两种元素的吸收线大致吻合,那么就容易出现光谱干扰,这些元素会各自吸收自己的光辐射,使得这些元素之间的波长特别小,这种光谱的干扰,极易影响测量结果,导致检测失败,因此解决这种情况的办法就是利用其他波长类型进行分析。

4.2电离干扰

电离干扰是指碱土金属和碱金属之间发生电离作用后,相应的离子吸收特定波长的辐射,造成检测“盲区”,出现检测误差,往往出现遗漏元素的现象,对检测工作极其不利,因此应选择温度比较低的火焰,因为这样的火焰温度可以将电离情况减少到最低,也可以在检测时加入合适的电离缓冲剂。

4.3物理干扰

物理干扰是指标准溶液跟试液溶液物理性质不同,如表面张力、表面浓度等,因此在进行检测时,检测方法会对这两种溶液有不同的物理反应,如火焰原子法,黏度的不同容易导致雾化效率不同,也会影响喷雾的速度和雾滴的大小,因此,在原子吸收光谱的测定过程中,要尽可能地让标准溶液跟试液溶液物理性质相同。

五、注意事项

采用原子吸收光谱法对土壤样品进行检测时,最重要的是检测结果的精确性,而对精确性影响最大的是土壤样品的处理和土壤样品的消解,在这2个过程中有较多的注意事项,具体如下。

5.1土壤样品的处理方法

使用原子吸收光谱法对土壤样品进行检测时,为了保证检测结果的可靠性,需将土壤样品进行悬浮处理,即处理成土壤悬浮液,使其便于检测。在进行悬浮处理时,要注意以下3点,一是要对土壤样品进行前处理,包括研磨、筛选和烘干,要注意防止水分和其他杂物进入;二是在加入酸混合液时,要注意混合的时间,可选择微波震荡,提高混合效率;三是在采用原子吸收光谱法,要注意测定相关指数,如浓度,土壤颗粒度等。

5.2土壤样品的消解方法

目前主要的消解方法有2种,一种是湿法消解,此法操作简单,可检测的土壤范围大,但是缺点很明显,因为在检测时要加入强酸试剂,不仅仅会造成土壤的酸积累,污染周围的土壤环境,释放的酸性气体还会破坏大气环境的稳定,更重要的是酸性试剂的量极易影响检测的精度,因此在使用湿法消解时应严格控制酸性试剂的量,并对实验环境进行保护和隔离。另一种方法是微波消解法,是基于湿法消解的一种消解方法,指土壤试样先与一定量的酸混合,然后将整体试样在微波环境中加热,这样可以有效提高酸与土壤试样的反应效率,缩短融合时间,改善融合效果,保证了土壤检测的精准性。

六、结束语

综上所述,在使用原子光谱法对土壤环境进行检测时,要根据不同的土壤样本选择不同的监测方法,要根据3种方法的侧重来选择合适的方法,另外,要尽可能选择预处理方法,来保证测量结果的准确性。要重点关注原子吸收光谱法在评价土壤重金属污染情况和分析重金属元素形态领域的应用,不断探索实际应用中出现的问题,如土壤样品的处理和消解,找到有效的方法解决,让原子吸收光谱法在地大物博的中国发挥更大的价值,有效改善我国土壤环境。