楊 蓉

（新疆出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心，烏魯木齊 830063）

當(dāng)前，隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，很多污染物隨著污灌、地表徑流、大氣沉降、降雨等途徑進(jìn)入土壤中，故而土壤污染問題日趨嚴(yán)重[1]。由于重金屬具有易積累、毒性強(qiáng)、難察覺和難降解等問題，優(yōu)化土壤重金屬污染檢測(cè)工作迫在眉睫。而隨著實(shí)踐技術(shù)的深入發(fā)展和眾多學(xué)者的不斷探究，分析土壤中重金屬種類、形態(tài)和污染度等的檢測(cè)方法層出不窮，其中，以原子吸收光譜法應(yīng)用范圍最廣。

1 原子吸收光譜法主要類型

原子吸收光譜法出現(xiàn)于20世紀(jì)中葉，其主要通過物質(zhì)所產(chǎn)原子蒸汽在不同元素中的譜線吸收反應(yīng)實(shí)現(xiàn)待測(cè)元素的定量分析。通過所檢元素的特定波長，人們可得到所檢元素所產(chǎn)原子蒸汽的輻射吸收值，進(jìn)而得出所檢元素在土壤中的含量。一般情況下，原子多處于基態(tài)狀態(tài)，當(dāng)原子蒸汽為輻射光所照射時(shí)，基態(tài)原子即可從輻射中實(shí)現(xiàn)能量吸收進(jìn)而轉(zhuǎn)為激發(fā)態(tài)原子，而在原子第一激發(fā)態(tài)過程中可引發(fā)共振吸收反應(yīng)，由此產(chǎn)生原子吸收光譜。當(dāng)前，主要原子吸收光譜類型有火焰原子吸收法、石墨爐原子吸收法和氫化物發(fā)生等途徑。

1.1 火焰原子吸收法

作為現(xiàn)今應(yīng)用最廣的檢測(cè)途徑，火焰原子吸收法多應(yīng)用于易原子化的元素檢測(cè)中。基于其檢測(cè)效率高、分析成本較低且重現(xiàn)性良好等優(yōu)點(diǎn)，火焰原子吸收法對(duì)絕大多數(shù)元素具有較高的檢測(cè)極限和靈敏度。實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬空氣-乙炔火焰，但其火焰相對(duì)溫度僅為2 300℃，針對(duì)高沸點(diǎn)、高熔點(diǎn)元素和容易合成難熔氧化物的元素而言，其原子化較難。于是，有學(xué)者提出可采取氧屏蔽空氣-乙炔火焰和預(yù)混合氧-乙炔火焰模式將火焰溫度提高，進(jìn)而增加原子化概率。此外，人們可以應(yīng)用氧化亞氮-乙炔火焰來提高火焰溫度。試驗(yàn)結(jié)果表明，采取氧化亞氮-乙炔火焰，不僅可將溫度提高至3 000℃，原子化部分高溫元素，還可提高整體工作效率，將其化學(xué)干擾降到一定程度。由于原子化效率和霧化效率等因素影響，火焰原子化技術(shù)定量分析經(jīng)可達(dá)到10-6數(shù)量級(jí)，故而含量較低的土壤樣品中無法有效檢測(cè)痕量元素。

1.2 石墨爐原子吸收法

石墨爐原子吸收法主要基于石墨材料制成的原子化器，通過加熱電流達(dá)到將元素原子化的目的。石墨爐原子化器問世于1967年，由Massmann研制，其主要采用縱向電阻加熱模式，操作簡(jiǎn)便且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，但其信號(hào)重現(xiàn)性較差且溫度分布不均，故而整體效果不盡如人意。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，平臺(tái)原子化模式和探針原子化石墨爐相繼問世。石墨爐絕對(duì)靈敏度可達(dá)到10-12～10-14g，其較火焰原子化技術(shù)增加了2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，故而顯著提高了實(shí)驗(yàn)室原子化效率。與此同時(shí)，石墨爐原子吸收光譜法在實(shí)踐過程中安全性高，可自由調(diào)節(jié)原子化溫度，故而其可操作性更高。此外，相對(duì)火焰原子化技術(shù)，石墨爐技術(shù)僅需5～100 μL樣本量就可完成單次測(cè)定工作，故而其進(jìn)樣量更小。當(dāng)然，石墨爐技術(shù)也存在一定局限性，如其檢測(cè)速度較慢，可分析廣譜較窄。同時(shí)，石墨爐整體成本過高，且檢測(cè)精度較低，相較火焰技術(shù)而言，重現(xiàn)性較差。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室證實(shí)，石墨爐變異系數(shù)可達(dá)4%～12%，因此，針對(duì)基體較為復(fù)雜的樣本，其背景吸收干擾性過大，降低了檢測(cè)精確率。

1.3 氫化物發(fā)生法

作為靈敏度極高的檢測(cè)方法，氫化物發(fā)生法多應(yīng)用于易形成氫化物的元素檢測(cè)中，如Ge、Bi、Hg、Sb、As、Sn、Pb、Se等。火焰檢測(cè)技術(shù)對(duì)易形成氫化物元素的檢測(cè)靈敏度較低，而采取硼氫化鈉處理加上酸性介質(zhì)影響后，此類元素可化學(xué)還原成氫化物氣狀形態(tài)，減少檢測(cè)限濃度，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其濃度約至10-9數(shù)量級(jí)。氫化物發(fā)生法主要通過分離基體和元素的模式實(shí)現(xiàn)元素原子化，可降低外界因素干擾，具有極高的進(jìn)樣效率。眾多學(xué)者通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，氫化物發(fā)生法的進(jìn)樣效率約為100%，因此，其可廣泛應(yīng)用于Hg、Sn、As等在原子化過程中易轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定氫化物的元素檢測(cè)中。

2 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

2.1 原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的優(yōu)勢(shì)

在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中，原子吸收光譜法具有以下優(yōu)勢(shì)：一是分析范圍廣。它不僅可有效檢出主量元素和低含量元素，還可檢測(cè)有機(jī)物和非金屬元素。二是選擇性強(qiáng)。原子吸收光譜法可有效降低譜線間的重疊，減少各類因素干擾。三是檢測(cè)靈敏度高。原子吸收光譜法可準(zhǔn)確檢測(cè)10-9數(shù)量級(jí)濃度范圍內(nèi)元素。

2.2 原子吸收光譜法在重金屬污染評(píng)估中的應(yīng)用

由于農(nóng)藥的大量使用、工業(yè)廢氣和廢渣過量排放等，當(dāng)前土壤重金屬污染日趨嚴(yán)重。學(xué)者梁瓊等人采集甘肅27個(gè)縣市的土壤樣本進(jìn)行檢測(cè)，其中，Cr檢測(cè)采取火焰原子吸收光譜法，Cd、Pb檢測(cè)采取石墨爐原子吸收光譜法，得出Cr、Cd、Pb值數(shù)均超過甘肅土壤背景值，其含量分別達(dá)79.46 mg/kg、0.13 mg/kg、24.55 mg/kg，表明甘肅省存在一定生態(tài)危害，其主要原因是人類生活和工業(yè)生產(chǎn)的影響，因此人們應(yīng)積極治理各類污染源[2]。

在眾多重金屬污染中，鉛可以說是最為常見且造成污染性較大的重金屬。筆者采取火焰原子吸收光譜法對(duì)土壤中所含鉛量進(jìn)行測(cè)定，主要步驟如下：（1）擇取適量土壤樣品，予以酸化處理；（2）采取HNO3-HF-HClO4混酸體系予以消解，將空氣-乙炔火焰噴入；（3）比較不完全趕酸樣本和完全趕酸樣本，擇取10份標(biāo)準(zhǔn)土壤樣本，每份重量約為0.5 g，然后將其置入聚四氟乙烯中消解，在此基礎(chǔ)上，倒入氫氟酸2 mL、硝酸5 mL做同步空白試驗(yàn)。

土壤樣本經(jīng)消解冷卻后倒入高氯酸1 mL，后予以趕酸定容處理，直至其容量達(dá)50 mL，在此基礎(chǔ)上用原子吸收光譜儀檢測(cè)。詳細(xì)檢測(cè)結(jié)果如表1、表2所示。

表1 鉛的檢測(cè)結(jié)果（不完全趕酸）

表2 鉛的檢測(cè)結(jié)果（完全趕酸）

在標(biāo)準(zhǔn)土壤測(cè)定中，其檢測(cè)值為21.4±1.1 mg/kg。由表1、表2可知，在不完全趕酸鉛測(cè)定中，其干擾性更強(qiáng)，提高了整體檢測(cè)數(shù)值。因此，應(yīng)用火焰吸收光譜法進(jìn)行鉛測(cè)定時(shí)應(yīng)采取完全趕酸模式，以提高測(cè)定精確率。

2.3 原子吸收光譜法在分析重金屬形態(tài)中的應(yīng)用

在沉積物與土壤中，重金屬可以以殘?jiān)鼞B(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)、硫化物、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、交換態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)等形式存在，其中，前兩種形態(tài)穩(wěn)定性較強(qiáng)，后三種形態(tài)穩(wěn)定性較弱，而重金屬元素形態(tài)不穩(wěn)定性也提高了其土壤重金屬污染的概率。相較元素總量分析而言，元素形態(tài)分析的操作更復(fù)雜，不僅要求分析方法要具有極高的靈敏度，還要求其具有極佳的分離能力。當(dāng)前，作為分析科學(xué)領(lǐng)域極具研究?jī)r(jià)值的方向之一，元素分析形態(tài)相關(guān)實(shí)踐層出不窮。例如，李榮喜等人針對(duì)瀏陽河表層底泥采取火焰原子吸收法進(jìn)行相關(guān)重金屬形態(tài)分析，研究表明，在Cu、Cd、Pb、Ni重金屬元素中，以Cd含量最高，其最高含量達(dá)40 mg/kg，遠(yuǎn)高于限值（0.3 mg/kg），而Cu、Pb、Ni則處于輕度生態(tài)危害狀態(tài)[3]。其中，Cu、Cd、Pb多以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)等形式存在，此三種金屬易因電位、pH、有機(jī)質(zhì)水平等底泥環(huán)境因素改變而發(fā)生形態(tài)變化，進(jìn)而提高自身在水體中的釋放水平。相較而言，Ni主要表現(xiàn)為殘?jiān)鼞B(tài)，故而其穩(wěn)定性相對(duì)較好，不易受環(huán)境變化影響。

3 結(jié)語

在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中，可采取的原子吸收光譜法包括火焰原子吸收法、石墨爐原子吸收法和氫化物發(fā)生法。其中，原子吸收光譜法有助于人們開展重金屬的定性、定量分析，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)中均發(fā)揮著不可忽視的作用。

1 白玉澤.原子吸收光譜法在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].山西化工，2017，37（1）：62-64.

2 梁 瓊，倪 霞，崔 琴，等.甘肅土壤重金屬元素含量及潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)[J].國外醫(yī)學(xué)（醫(yī)學(xué)地理分冊(cè)），2017，38（4）：336-338.

3 李榮喜，雷 敏，余取民，等.瀏陽河表層底泥中重金屬形態(tài)分析研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2014，40（6）：19-21.