原子吸收技术在环境监测中的应用探讨
摘要：在环境监测中，原子吸收技术的运用极为重要，这项技术的提出与应用给环境监测与保护带来了历史性的变革与发展，其中代表性的方法为原子吸收光谱法。本文以原子吸收光谱法在土壤环境监测中的实际应用为例，分析原子吸收光谱法的基本操作方法和样品处理技术，并对该项技术的在实际中的应用进行了综述。
关键词：原子吸收技术；土壤监测；应用
中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0139-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.080
Abstract： In environmental monitoring， the application of atomic absorption technology is extremely important. The introduction and application of this technology bring historic changes and developments to environmental monitoring and protection. The representative method is atomic absorption spectrometry. In this paper， the application of atomic absorption spectrometry in soil environmental monitoring as an example， the basic operation of atomic absorption spectrometry and sample processing techniques are analyzed， and the application of the technique in practice is reviewed.
Key words： Atomic absorption technique； Soil monitoring； Application
原子吸收光谱法具有灵敏度高、抗干扰性强、精度高以及速度快、适用情况广等诸多种优点，因而在环境监测分析中被广泛运用。20世纪80年代，国家环保局就在《环境监测技术规范》中就将原子吸收光谱法列入环境监测有关金属元素的范例标准方法[1]。
1 原子吸收在环境监测中的地位
原子吸收技术的主要优势在于其选择性强、灵敏度高、分析范围广、抗干扰能力强。而ICP-AES儀器最大的缺点就是价格非常昂贵，并且不接受专业培训很难快速掌握，特别是监测一些复杂样品中的微量元素，ICP-AES法便难以实现，更不用说超痕量元素了。原子荧光光度计只针对部分某些特定元素具有较好的效果，对于Cd、Pb等元素，监测过程极其繁琐且抗干扰性差，远不如原子吸收技术。总而言之，原子吸收技术在环境监测过程中是难以完全替代的不可或缺的关键技术[2]。
2 原子吸收技术的三种细分方法
2.1 火焰原子吸收光谱法
火焰原子吸收光谱法多应用于可原子化的元素，并且对大部分元素敏感，检测极限与速度相对较高，而且检测模式简单，具有高可重现性，单次监测成本低。但是这种技术只有在达到ppm级时才可以定量分析，也就是说该技术的监测精度受雾化器与元素原子化水平的高度制约。
2.2 石墨炉原子吸收光谱法
石墨炉原子吸收光谱法是为了提高元素的原子化，通过利用石墨材料与电流加热技术促进元素原子化。该检测方法只需要极少的样品就能够完成检测，并且元素原子化的温度可以相对自由调节，实验安全系数较高。不过该方法也存在着分析范围窄，成本高，精度低，耗时长等缺点，并且难以重现，当样品成分相对复杂时，检测过程就非常容易受到干扰[3]。
2.3 氢化物发生法
氢化物发生法灵敏度高，如Ce、Aa、Hg、Ph、Bi、Sb、Sn、Se等容易形成氢化物的元素常用这种方法。这类元素在酸性环境中，用硼氢化物处理，产生化学反应可以形成气态氢化物。因而利用该分析法能够让被分析的元素与基体相分离，进而大大降低在检测过程中的干扰，检测精度可以明显上升。
3 土壤样品处理方法分析
原子吸收技术在土壤监测中的关键一环就是对样品土壤进行处理，因此下面简单介绍几种土壤处理方法。
3.1 电热板湿法消解法
电热板湿法消解法相对而言比较操作，因而得到广泛使用。但是该方法消化的时间较长，同时因为加入的大多为高纯度强酸，因此很容易形成较多杂质，进而影响检测精度；此外在消化时还会产生许多的酸性气体，这对实验人员的身体健康有较严重的威胁[4]。
3.2 干灰化法
干灰化法的优势在于空白值较低，杂质较少，应用范围广，因此几乎可以应用于绝大多数样品，但是也存在处理时间长、元素损失以及污染环境等问题。
3.3 微波消解法
微波消解法是指利用微波对样品进行加热，进而在短时间内使样品整体温度均匀提升，此时，样品分解会加快，溶解速度也得到明显提升。这种处理方式可以有效的避免环境污染问题。同时由于这种方法是在密闭空间中进行试验，所以还可以有效地避免样品元素损失，进而提高实验精度。
总而言之，土壤种类复杂，土壤样品的基质存在非常大的差异，因此需要根据实际情况进行选择对应的方法。
4 原子吸收光谱法在土壤环境监测中的实际应用
4.1 在土壤重金属污染评价中的应用
工业废渣、废气中重金属的扩散、沉降、累积，含重金属废水灌溉农田，以及含重金属农药、磷肥的大量施用，是造成土壤的重金属污染的主要原因。
笔者采用火焰吸收原子光谱法对某废弃砂金矿土壤中的Hg、As等重金属污染情况进行监测，结果发现该地土壤中的Hg、As等5种元素含量均低于标准值，与天然土壤相比，As、Cd、Cr分别增加了83%、78%、101%。梅罗综合污染指数0.7<p<1.0，土壤重金属污染等级属清洁等级，因此建议该地区在生态恢复建设过程中应该着重加强土壤水分或养分问题。
笔者采用火焰吸收原子光谱法对某中药材基地土壤中Hg、As、Pb、Cd、Cr等元素进行监测发现，虽然该地的土壤存在一定污染，但土壤样品中重金属含量均未超标，均符合无公害中药材环境标准。
4.2 重金属元素形态的分析
元素形态是指元素存在的具体形式，重金属在土壤和沉积物中，可以交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物、有机结合态和残渣态存在，前3种形态稳定性差，后两种稳定性强，重金属污染物的危害主要来源于稳定性差的形态。
为探究土壤中重金属对生物的潜在危害性，笔者对某地区公路旁的216个表层土壤样品中的Pb、Zn、Cu、Ni、Cr等重金属元素的不同形态含量进行监测。结果发现，土壤中重金属有效态占比较大，有效态的主要存在形态为有机态和Fe-Mn氧化结合态，在5种重金属元素中，Zn的有效态含量最高，残渣态较低，因此应该注意其该地生态系统的潜在威胁。为揭示土壤重金属形态分布及生态风险状况，笔者采集某河岸12个土壤样品进行重金属形态分析，研究结果显示，该河岸土壤受到严重的重金属污染，7种重金属元素中，As、Cd、Zn与Cu属于重度污染的水平，其中As以残渣态居多，Zn以残渣态和Fe-Mn氧化物结合态居多，Cu则以残渣态和有机结合态居多，Cd具有形态多样的分布特征，因此初步判定，As和Cd为该河岸土壤重金属污染治理和修复的首要控制元素。
5 小结
在未来原子吸收光谱法可与其他检测手段联用，比如原子吸收光谱与高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳等联用，减少测量误差，从而提高其检出限、测量精度，使人们对土壤样品的监测水平得到进一步的提高，使其在土壤环境监测中的应用范围越来越广。
参考文献
[1]俞辉.土壤环境监测中原子吸收光谱法的应用方法[J].科技创新导报，2017，（15）：128-129.
[2]李娜，梁丽.浅析原子吸收光谱法在环境监测中的应用[J].工程技術（文摘版），2016，（5）：00269-00269.
[3]臧娜.原子吸收方法在土壤检测中的应用研究[J].资源节约与环保，2016，（5）：186-186.
[4]曾凡锋.原子吸收光谱法在土壤环境监测中的应用[J].建材发展导向2017，15（2）：322-323.
收稿日期：2018-01-11
作者简介：邱福文（1977-），男，大学本科，环保监测工程师，研究方向为环境保护监测。
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关键词：原子吸收技术；土壤监测；应用
中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0139-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.080
Abstract： In environmental monitoring， the application of atomic absorption technology is extremely important. The introduction and application of this technology bring historic changes and developments to environmental monitoring and protection. The representative method is atomic absorption spectrometry. In this paper， the application of atomic absorption spectrometry in soil environmental monitoring as an example， the basic operation of atomic absorption spectrometry and sample processing techniques are analyzed， and the application of the technique in practice is reviewed.
Key words： Atomic absorption technique； Soil monitoring； Application
原子吸收光谱法具有灵敏度高、抗干扰性强、精度高以及速度快、适用情况广等诸多种优点，因而在环境监测分析中被广泛运用。20世纪80年代，国家环保局就在《环境监测技术规范》中就将原子吸收光谱法列入环境监测有关金属元素的范例标准方法[1]。
1 原子吸收在环境监测中的地位
原子吸收技术的主要优势在于其选择性强、灵敏度高、分析范围广、抗干扰能力强。而ICP-AES儀器最大的缺点就是价格非常昂贵，并且不接受专业培训很难快速掌握，特别是监测一些复杂样品中的微量元素，ICP-AES法便难以实现，更不用说超痕量元素了。原子荧光光度计只针对部分某些特定元素具有较好的效果，对于Cd、Pb等元素，监测过程极其繁琐且抗干扰性差，远不如原子吸收技术。总而言之，原子吸收技术在环境监测过程中是难以完全替代的不可或缺的关键技术[2]。
2 原子吸收技术的三种细分方法
2.1 火焰原子吸收光谱法
火焰原子吸收光谱法多应用于可原子化的元素，并且对大部分元素敏感，检测极限与速度相对较高，而且检测模式简单，具有高可重现性，单次监测成本低。但是这种技术只有在达到ppm级时才可以定量分析，也就是说该技术的监测精度受雾化器与元素原子化水平的高度制约。
2.2 石墨炉原子吸收光谱法
石墨炉原子吸收光谱法是为了提高元素的原子化，通过利用石墨材料与电流加热技术促进元素原子化。该检测方法只需要极少的样品就能够完成检测，并且元素原子化的温度可以相对自由调节，实验安全系数较高。不过该方法也存在着分析范围窄，成本高，精度低，耗时长等缺点，并且难以重现，当样品成分相对复杂时，检测过程就非常容易受到干扰[3]。
2.3 氢化物发生法
氢化物发生法灵敏度高，如Ce、Aa、Hg、Ph、Bi、Sb、Sn、Se等容易形成氢化物的元素常用这种方法。这类元素在酸性环境中，用硼氢化物处理，产生化学反应可以形成气态氢化物。因而利用该分析法能够让被分析的元素与基体相分离，进而大大降低在检测过程中的干扰，检测精度可以明显上升。
3 土壤样品处理方法分析
原子吸收技术在土壤监测中的关键一环就是对样品土壤进行处理，因此下面简单介绍几种土壤处理方法。
3.1 电热板湿法消解法
电热板湿法消解法相对而言比较操作，因而得到广泛使用。但是该方法消化的时间较长，同时因为加入的大多为高纯度强酸，因此很容易形成较多杂质，进而影响检测精度；此外在消化时还会产生许多的酸性气体，这对实验人员的身体健康有较严重的威胁[4]。
3.2 干灰化法
干灰化法的优势在于空白值较低，杂质较少，应用范围广，因此几乎可以应用于绝大多数样品，但是也存在处理时间长、元素损失以及污染环境等问题。
3.3 微波消解法
微波消解法是指利用微波对样品进行加热，进而在短时间内使样品整体温度均匀提升，此时，样品分解会加快，溶解速度也得到明显提升。这种处理方式可以有效的避免环境污染问题。同时由于这种方法是在密闭空间中进行试验，所以还可以有效地避免样品元素损失，进而提高实验精度。
总而言之，土壤种类复杂，土壤样品的基质存在非常大的差异，因此需要根据实际情况进行选择对应的方法。
4 原子吸收光谱法在土壤环境监测中的实际应用
4.1 在土壤重金属污染评价中的应用
工业废渣、废气中重金属的扩散、沉降、累积，含重金属废水灌溉农田，以及含重金属农药、磷肥的大量施用，是造成土壤的重金属污染的主要原因。
笔者采用火焰吸收原子光谱法对某废弃砂金矿土壤中的Hg、As等重金属污染情况进行监测，结果发现该地土壤中的Hg、As等5种元素含量均低于标准值，与天然土壤相比，As、Cd、Cr分别增加了83%、78%、101%。梅罗综合污染指数0.7<p<1.0，土壤重金属污染等级属清洁等级，因此建议该地区在生态恢复建设过程中应该着重加强土壤水分或养分问题。
笔者采用火焰吸收原子光谱法对某中药材基地土壤中Hg、As、Pb、Cd、Cr等元素进行监测发现，虽然该地的土壤存在一定污染，但土壤样品中重金属含量均未超标，均符合无公害中药材环境标准。
4.2 重金属元素形态的分析
元素形态是指元素存在的具体形式，重金属在土壤和沉积物中，可以交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、硫化物、有机结合态和残渣态存在，前3种形态稳定性差，后两种稳定性强，重金属污染物的危害主要来源于稳定性差的形态。
为探究土壤中重金属对生物的潜在危害性，笔者对某地区公路旁的216个表层土壤样品中的Pb、Zn、Cu、Ni、Cr等重金属元素的不同形态含量进行监测。结果发现，土壤中重金属有效态占比较大，有效态的主要存在形态为有机态和Fe-Mn氧化结合态，在5种重金属元素中，Zn的有效态含量最高，残渣态较低，因此应该注意其该地生态系统的潜在威胁。为揭示土壤重金属形态分布及生态风险状况，笔者采集某河岸12个土壤样品进行重金属形态分析，研究结果显示，该河岸土壤受到严重的重金属污染，7种重金属元素中，As、Cd、Zn与Cu属于重度污染的水平，其中As以残渣态居多，Zn以残渣态和Fe-Mn氧化物结合态居多，Cu则以残渣态和有机结合态居多，Cd具有形态多样的分布特征，因此初步判定，As和Cd为该河岸土壤重金属污染治理和修复的首要控制元素。
5 小结
在未来原子吸收光谱法可与其他检测手段联用，比如原子吸收光谱与高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳等联用，减少测量误差，从而提高其检出限、测量精度，使人们对土壤样品的监测水平得到进一步的提高，使其在土壤环境监测中的应用范围越来越广。
参考文献
[1]俞辉.土壤环境监测中原子吸收光谱法的应用方法[J].科技创新导报，2017，（15）：128-129.
[2]李娜，梁丽.浅析原子吸收光谱法在环境监测中的应用[J].工程技術（文摘版），2016，（5）：00269-00269.
[3]臧娜.原子吸收方法在土壤检测中的应用研究[J].资源节约与环保，2016，（5）：186-186.
[4]曾凡锋.原子吸收光谱法在土壤环境监测中的应用[J].建材发展导向2017，15（2）：322-323.
收稿日期：2018-01-11
作者简介：邱福文（1977-），男，大学本科，环保监测工程师，研究方向为环境保护监测。
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