原子吸收光谱法在土壤环境监测中的应用

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:随着我国经济的不断进步和发展,工业救国的道路在很大程度上提高了我国的经济收入,使我国屹立于世界之林。但是在大力发展工业的同时也给环境带来了很大负担,一些污水、重金属、有害物质都随之进入土壤中,对人类的农业生活造成很大的阻碍。原子吸收光谱法能够有效地对土壤环境进行监测,并通过数据反馈最做出改变措施,帮助土壤恢复健康。本文针对原子吸收光谱法的优势及其在土壤环境监测中的应用展开分析与讨论,希望能够为土壤环境恢复健康尽一份绵薄之力。

  关键词:原子吸收光谱法;土壤环境;监测;应用与分析;

1 引言

  我国经济的不断发展成就了许多行业的崛起,GDP数值也不断超越各国,走在世界前端,从农业大国慢慢转向工业大国,但是随着社会发展随之而来的就是环境的污染,例如房地产行业要建造房屋就需要大量土地,就会涉及大量植被消失,植物净化空气的能力也在不断消失,有可能会造成土地沙漠化等更严重的后果。还有一些工厂为了发展减少污水处理的成本,就会将一些污染物直接排放到土壤中或河流中,再经过生物圈的水循环以酸雨的形式降落。原子吸收光谱法能够很好的监测土壤环境中重金属和一些污染物的含量,通过数据或者模型的方式反馈给工厂和一些公司,采用合理的手段减少土壤污染。下文主要对原子吸收光谱法的优缺点及其在土壤环境监测中的应用展开阐述。

2 原子吸收光谱法的概述

  在化学的元素周期表中能了解到每个原子的外层电子排布图都不相同,各种元素的原子结构也是不相同,还有一些同位素存在,例如氕、氘、氚。同位素的存在在土壤中一般比较难监测出来,但是原子吸收光谱法能够做到。原子在进行跃迁的时候都会得到一部分能量,才能够从基态跃迁到激发态,就像水要从液态变化为气态是需要从空气中吸收热能才会发生升华的过程。原子吸收光谱法就是通过原子吸收光谱仪发出辐射线,原子吸收这个辐射线发生跃迁,这个过程当中吸收的程度再通过共振吸收线的方式在电脑上表达出来,进行定量和定性的分析的一种方法。原子吸收光谱法就是利用原子吸收特定的辐射线时的吸收程度来进行定量分析。

3 土壤环境监测的意义

  土壤是人类生产生活的重要生产资料,不论是以前的农业国家还是现如今的工业国家,都是需要土壤这个重要的生产资料。因为人类需要进食,农作物的生产需要在土壤中进行,所以土壤对于人类的重要性不言而喻。但是现如今随着社会经济的不断提升与发展,土壤环境越来越糟糕,一些加工厂为了节约污水处理的成本直接将污水排放至土壤中,然后经过生物圈的水循环又以酸雨的形式使土壤受到二次伤害。

  在“金山银山就是绿水青山”的发展理念下,国人应当重视环境保护的重要性,一些工业管理者也应当服从规章制度以自己的力量保护环境,保护土壤环境。本文中运用原子吸收光谱法对土壤中污染物进行检测,主要是重金属含量和形态的检测,通过检测数据对土壤环境采取一些改进措施,不断加强土壤环境的净化,将污染物和一些重金属含量控制在合理范围内,让国民吃得放心,过得开心,富有精气神,这就是土壤环境监测的意义。

4 原子吸收光谱检测方法

  4.1 火焰原子吸收光谱法

  火焰原子吸收光谱法是使用最广泛的一种原子吸收光谱法,最常用的是空气—乙炔火焰,其具有操作简单方便,同时检测速度快成本也比较低等优点,但是对于一些比较微量的样本不能进行检测,因为火焰温度较低不能够进行很好的元素分离,就会导致灵敏度低,所以对于样本量的要求也比较多。其工作原理主要是通过火焰给予原子能量,原子经过吸收能量发生跃迁,每个原子吸收的程度不同,从而表现出不同的吸收线,然后对吸收线进行分析做出定量分析。

  4.2 石墨炉原子吸收光谱法

  石墨炉原子吸收光谱法是采用石墨这种材料作为原子化器,石墨炉具有灵敏度高、操作简单、进样量少等特点,对于一些样品量很少的物质能做到较好分析。但是其缺点也比较明显,例如精度较差、成本很高,检测一次需要花费较高成本,对于一些比较复杂物质的检测过程,会出现很高的干扰从而导致结果不尽人意。在土壤检测过程中不太实用,因为土壤中所含物质比较复杂,同时为了保证检测的准确性会进行几次重复实验,不仅效果不太理想还会付出较高成本,因此在土壤物质检验过程中不建议使用。

  4.3 氢化物发生法

  氢化物的历史相对于前两种方法来说较短,但是其检测灵敏度极强,特别是针对一些能够很容易形成氢化物的物质极易检出,例如Se、Hg、Sn、Pb等元素,这些元素都是土壤中富含的一些重金属物质。氢化物发生法实现了要分析的元素与基体分离的效率,具有干扰率小、进样效率高等明显优势,对于土壤中的砷和一些河底沉淀物铅都具有很强的检出性,是针对土壤物质检测的一种好方法。

5 原子吸收光谱法在土壤环境监测中的特点

  5.1 选择性强

  土壤环境中有许多原子存在,还有许多共存的原子难以分离,就像是双胞胎似的难以从土壤中将其完全的剥离开来,这就对分析过程造成了很大的阻碍。但是原子吸收光谱法能够很好地解决这个问题,因为原子吸收光谱法的特点之一就是选择性较强,能够对共存原子进行比较好的分离,就算对不能分离的共存原子也能够做到检测。这是因为原子吸收光谱相对于其他来说比较窄,谱线干扰的概率很小,这是因为谱线仅仅是在主线系发生指定变化,这样与发射谱线相比较,干扰线与谱线之间线与线之间重叠的概率很小,所以光谱的干扰性很少能够做到较高的选择性。即使在没有将邻近的线分的很彻底的情况下也不会对原子吸收光谱的分析过程产生任何干扰。

  5.2 灵敏度高

  到目前为止原子吸收光谱分析法是检测原子吸收程度最灵敏的方法之一,在进行大多数元素分析的时候能够达到ppm数量级,这样分析灵敏度能够使得分析过程变得更加简单,大大地缩短了测定分析的时间,节约了时间成本,同时还能够加快检测的速度,提高检测的效率。灵敏度高的特点能够使检测过程中进样较少,减少前期采样的成本投入。在土壤检测过程中,可能会由于地势危险导致采样困难,或者采样数量少不易分析等情况的存在,原子吸收光谱法就很好地解决了这个问题,灵敏度高就能减少进样还能正常进行分析,即使是微量、痕量、甚至是超痕量都可以进行检测,提高土壤分析效率。

  5.3 分析范围广

  原子吸收光谱法能够进行测定分析的元素已经多达73种,可见范围之广泛。对于土壤中的元素检测再合适不过,土壤中成分比较复杂采用分析范围较广的吸收光谱更易分析。同时原子吸收光谱法不仅能够测定液态样品还能够测定气态和固态的样品,就不需要分析者再对土壤进行稀释操作,方便又简洁。同时,原子吸收光谱法不仅能够对金属元素进行测定还能对非金属元素进行间接测定。可见,原子吸收光谱法的分析范围之广,不同性质不同形态不同量级的元素都能进行分析,在土壤检测过程中能很好地分析其中的物质,从而反馈给相关机构,做好相关的环境保护的一些措施。

6 原子吸收光谱法在土壤环境监测中的应用

  6.1 土壤中重金属含量检测的应用

  目前土壤中重金属的污染比较严重,正是因为一些工厂的废弃物和污水没有经过处理就直接排放到土壤中,土壤中含有植物和农作物,经过土壤中农作物根的吸收作用在植物体中富集,然后种植后的农作物中检测出农作物超标,危害国人身体健康。或者重金属到达植物叶片或者植物的气孔以气体或者灰尘的形式散发到大气中,人类从呼吸道吸收进去也会危害到人类健康。所以就应当加强对土壤中重金属的检测,将土壤中重金属的含量控制在一定范围内,保证环境和人类的健康,促进社会的可持续发展。

  原子吸收光谱法在土壤重金属的检测中具有灵敏度高、检测效率高、所需样本含量少等优点能够对土壤环境监测做出很好贡献。原子吸收光谱法检测土壤中重金属的基本原理是,从空心阴极灯或者光源中发射出一束特定波长的光线,每种元素会吸收波长的光,然后再通过原子化器中特定待测元素的原子蒸汽时,部分的蒸汽被吸收,根据吸收程度的不同,然后通过原子分光光度计进行测定吸光度,连接电脑做出吸收光谱,进行元素吸收的分析,测定出土壤中某种重金属的含量。但是这种方法只能定量分析不能进行定性分析,这就需要在检测之前对土壤中所含的重金属进行调查和统计。

  重金属对土壤的污染是导致土壤肥力降低的原因,也是导致农作物重金属超标、农作物发育缓慢、生长矮小的直接原因。通过原子吸收光谱法测定土壤中某种金属的含量之后,再采用一系列有效方法能够降低其中重金属含量,从而提升土壤肥力加快农作物生长,有助于土壤环境的净化。

  6.2 土壤中重金属元素形态分析方面的应用

  元素形态主要是指土壤中重金属元素是以怎样的方式存在,如一些比较稳定的存在方式:有机结合态和残渣态;稳定性比较差的形态有:交换态、碳酸盐结合态、铁锰氢化物结合态等。土壤中的重金属污染物主要都是以稳定性较差的方式存在,元素形态的分析能对重金属起到对症下药的作用。但是对于重金属形态的分析比重金属含量的分析更难,这就对土壤检测提出了很大的挑战。但是原子吸收光谱法能做到对土壤中重金属形态的检测,且拥有检出率高、灵敏度高、样本量少等优势是分析化学中的一个重大进步。能够很好地检测出土壤中游离态的重金属,也能够检测出像Fe—Zn这样的结合态。通过这样的检测能够让环境监测局对土壤重金属成分做出正确理性的判断,从而采取相关措施对土壤中的稳定性较好的重金属进行降解,起到保护土壤环境,维护土壤环境的安全的作用。

  6.3 土壤中重金属污染评价方面的应用

  对土壤中重金属含量进行检测之后还能对其污染做出评价,评价其价值是否值得投资等。例如在现在大趋势下,有些创业者会回到家乡通过承包农田进行菌类种植,提高创业利润,这是一个好的投资项目。菌类本身对土壤就能起到促进物质循环,净化土壤的作用,同时一个良好的土壤环境也能对菌类的生长起到促进作用。这就需要进行土壤重金属污染评价,检测土壤中铬离子、铅离子、砷离子等重金属含量是否超标,这些重金属物质超标会对菌类生长起抑制作用。

  对土壤重金属污染进行评价能够帮助投资者判断是否值得投资,对土壤的肥沃度做出正确的判断,尽管前期会有较大成本投入,但是是为了后期更大的收益。所以原子吸收光谱法的应用在土壤中重金属污染评价方面也占据重要的地位。

7 结束语

  土壤是人类生存生活不可缺少的物质之一,但是随着目前工业的迅速发展导致许多土壤的污染很严重,大多重金属随着污水、垃圾的排放在土壤中沉淀,随之引起农作物的重金属含量超标,引起酸雨的发生。这些都是土壤环境污染带来的弊端,所以需要对土壤环境进行监测。原子吸收光谱法的出现能够有效地利用其灵敏度高、检出效率高等优势检测出土壤中的重金属含量,并且对其在土壤中的元素存在形态和土壤污染评价做出科学客观的判断,从而采取相关措施帮助土壤恢复生机活力,促进土壤的可持续发展。

参考文献

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  [2]母晓松,张丽,王冬进.探析原子吸收光谱法在土壤环境监测中的应用[J].清洗世界,2020(10):53~54.

  [3]艾志敏.土壤环境监测中原子吸收光谱法的研究[J].皮革制作与环保科技,2020(Z1):71~75.

  [4]张风英.原子吸收光谱法在土壤环境监测中的应用探讨[J].科技创新导报,2019(11):136~139.

作者:郭丽娟 王小楠 单位:山东鲁美克环境工程有限公司 济宁矿业集团有限公司安居煤矿

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