原子吸收光谱在水环境监测中的应用

原子吸收光谱法在水质分析中的应用王丹阳（黑龙江大学电子工程学院 20123949）摘要：文章讨论了原子吸收光谱法的基本定义，并强调了在水质分析中的重要性，还点出了他的突出之处，选择性好，准确度高，有较强的灵敏性，操作迅速。

关键词：原子吸收光谱法；应用；水质分析随着人们生活水平的提高和科学技术的发展,复杂样品的准确分析越来越受到人们的关注。

在复杂生物样品中,无机离子的含量与人们健康息息相关,微量元素的准确检测对指导人们如何合理安排营养的摄入、养成健康的生活习惯起着重要的作用。

目前所用的检测无机离子的方法中有原子吸收光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱法、离子色谱法、高效液相色谱法、电化学方法、紫外可见分光光度法、毛细管电泳分析法等,而原子吸收光谱法基于对痕量金属元素的高灵敏度、低检出限、线性好等优势,成为金属离子分析检测领域中不可或缺的重要方法和手段。

火焰原子吸收法因结构简单、操作方便、速率高、低排耗、选择性好、精密度高等优势在冶金、地质、化学工程、医药、刑侦、生物和食品分析中广泛使用[1]。

1.1原子吸收光谱法的发展史：第一阶段——原子吸收现象的发现与科学解释早在1802年，伍朗斯顿（W.H.Wollaston）在研究太阳连续光谱时，就发现了太阳连续光谱中出现的暗线。

1817年，弗劳霍费（J.Fraunhofer）在研究太阳连续光谱时，再次发现了这些暗线，由于当时尚不了解产生这些暗线的原因，于是就将这些暗线称为弗劳霍费线。

1859年，克希荷夫（G.Kirchhoff）与本生（R.Bunson）在研究碱金属和碱土金属的火焰光谱时，发现钠蒸气发出的光通过温度较低的钠蒸气时，会引起钠光的吸收，并且根据钠发射线与暗线在光谱中位置相同这一事实，断定太阳连续光谱中的暗线，正是太阳外围大气圈中的钠原子对太阳光谱中的钠辐射吸收的结果第二阶段——原子吸收光谱仪器的产生原子吸收光谱作为一种实用的分析方法是从1955年开始的。

这一年澳大利亚的瓦尔西(A.Walsh)发表了他的著名论文“原子吸收光谱在化学分析中的应用”奠定了原子吸收光谱法的基础。

50年代末和60年代初，Hilger, Varian Techtron 及Perkin-Elmer公司先后推出了原子吸收光谱商品仪器，发展了瓦尔西的设计思想。

到了60年代中期，原子吸收光谱开始进入迅速发展的时期。

第三阶段——电热原子吸收光谱仪器的产生1959年,苏联里沃夫发表了电热原子化技术的第一篇论文。

电热原子吸收光谱法的绝对灵敏度可达到10-12-10-14g,使原子吸收光谱法向前发展了一步。

塞曼效应和自吸效应扣除背景技术的发展,使在很高的的背景下亦可顺利地实现原子吸收测定。

基体改进技术的应用、平台及探针技术的应用以及在此基础上发展起来的稳定温度平台石墨炉技术(STPF)的应用,可以对许多复杂组成的试样有效地实现原子吸收测定。

第四阶段——原子吸收分析仪器的发展随着原子吸收技术的发展，推动了原子吸收仪器的不断更新和发展，而其它科学技术进步，为原子吸收仪器的不断更新和发展提供了技术和物质基础。

使用连续光源和中阶梯光栅，结合使用光导摄象管、二极管阵列多元素分析检测器，设计出了微机控制的原子吸收分光光度计，为解决多元素同时测定开辟了新的前景。

微机控制的原子吸收光谱系统简化了仪器结构，提高了仪器的自动化程度，改善了测定准确度，使原子吸收光谱法的面貌发生了重大的变化。

联用技术(色谱-原子吸收联用、流动注射-原子吸收联用)日益受到人们的重视。

色谱-原子吸收联用，不仅在解决元素的化学形态分析方面，而且在测定有机化合物的复杂混合物方面，都有着重要的用途，是一个很有前途的发展方向[2]。

1.2原子吸收光谱法的原理原子吸收光谱法是基于原子由基态跃迁至激发态时对辐射光吸收的测量，通过选择一定波长的辐射光源，使之满足某一元素的原子由基态跃迁到激发态能级的能量要求，则辐射后基态的原子数减少，辐射吸收值与基态原子的数量有关，也由吸收前后辐射光强度的变化确定待测元素的浓度[3]。

原子吸收光谱法已成为一种非常成熟的仪器分析方法，可分析元素周期表中多达70多种元素，是元素分析中最灵敏的分析方法之一，应用广泛，可不需分离地快速测定各种样品，如金届、合金、生物材料、血液、建筑材料、多聚物、煤、头发、环境样品、农副产品、化学试剂等中的各种微量元素。

原子吸收光谱分析的主要不足是每测定一种元素需要更换对应的空心阴极灯，虽然可将几种灯放在旋转灯架上进行自动转换，但仍有不便。

发展趋势是应用多道检测器，开发多元素同时测定的仪器，如目前已制造出可同时测定6种元素的AAS仪器。

它的优点是：（1）检出限低火焰原子吸收光谱法（FAAS）的检出限可达到mg/L级，石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)的检出限可达到10-10g～10-14g；（2）选择性好原子吸收光谱是元素的固有特征；（3）精密度高FAAS相对标准偏差一般为0.x%-3%，GFAAS相对标准偏差一般可控制在5%之内；（4）抗干扰能力强一般不存在共存元素的光谱干扰，干扰主要来自化学干扰；分析速度快使用自动进样器，每小时可测定几十个样品；（5）应用范围广可分析周期表中绝大多数的金属与非金属元素，利用联用技术可以进行元素的形态分析，用间接原子吸收光谱法可以分析有机化合物，还可以进行同位素分析；（6）用样量小FAAS进样量一般为3mL/min～6mL/min，GFAAS液体的进样量为10μL～50μL，固体进样量为毫克级;仪器设备相对比较简单，操作简便[4]。

分析化学中常采用不同分析手段的结合或联用技术,来提高分析灵敏度和检出限,若电化学与火焰原子吸收法联用特征浓度大为降低,测定的灵敏度提高了2个数量级以上,又如电沉积技术与原子吸收光谱法联用被广泛应用于重金属的检测。

火焰原子吸收联用也已成为有机金属化合物形态分析的重要方法,它可同时对原子和离子检测,实现了痕量有机金属化合物及其共存有机化合物的高灵敏同步测定。

殷学峰等人采用因子分析法和氢化物发生原子吸收法对砷的4种化学形态进行研究,由于As(III),As(V)一甲基砷,二甲基砷在环境水样中毒性不同,以前用色谱分离和原子光谱法联机测定,受制于色谱分离时的稀释作用,检测下限较高,在实用中受到限制,而本法操作简便,无需处理,灵密度高,有较好的定性和定量能力。

近些年,国外的科研人员仍在不断地尝试将一些特殊的分离与富集方法和进样方法与原子吸收光谱法联用,从而解决了许多研究上的难题。

比如,有人将不同类型的等离子体与光谱学的发热放电相结合用于化学计量学的研究和基础研究,同时,对于物种形成过程的研究也有了明显的增多;有人利用微柱预富集原子吸收光谱法测定痕量元素和矩阵元素Gasper ,Attlia等人提出用低压喷射样品柱注射火焰原子吸收光谱法测定银镉汞铅硒和锌六种元素,所得结果相对偏差极小,可作为水质标准和污染度量的元素分析方法;有人将电热原子吸收光谱法(ETAAS)直接原子化固体样品用于测定钢铁中的痕量元素;有人在溶液反萃取的萃取过程中利用电热原子吸收光谱法以自动连续注射法测定镉,其检出限达到217ng/ L ,相对偏差也由直接萃取的312 %降至118 %;有人用湿法微波消解—流动注射原子吸收光谱法测海鲜中的汞含量;有人用萃取—预富集—电热原子吸收光谱法测定酒中的铊元素。

以上这些实例都体现了原子吸收光谱法与其他不同方法联用后的实用与高效[5]。

1.3原子吸收光谱法的应用水质的好坏直接影响了人们的健康状况，水的质量监测已成为我国环境重点保护的一项内容。

好的水质检测方法成为了研究人员追求的方向，而原子吸收光谱法也成为水质分析中的首选方法[6]。

水质分析的项目包括测定水温、鉴别水色、浑浊度、透明度、水的嗅味和味道;分析水中所含钙、镁、钠、钾、氯根、硫酸根、碳酸根、重碳酸根、pH值、溶解氧、耗氧量、总硬度等,计算离子总量即矿化度,分析确定水的类型。

必要时对水中的生物原生质、微量元素和溶解气体等也进行分析[7]。

在水分析中，原子吸收光谱法是测量物质所产生的蒸气中原子对电磁辐射的吸收强度的一种仪器分析方法，其操作十分简便。

原子吸收光谱仪是由光源、原子化系统、光学系统、检测系统和显示装置五大部分组成的,其中原子化系统在整个装置中具有至关重要的作用。

对于不同的元素都已有特定的阴极灯，波长范围，狭缝宽度，灯电流值等配合测定。

若想测定达到较高的数量级或提高检测质量，其关键还在于样品的预处理和进样技术。

如何调整数据的准确性？以下为其方法：进入扩展程序窗口（Progarm development）选择Edit菜单点击Standardization Parameters标准化参数）项，在随后出现的画面中点击“Edit Intensities”项：1.Low Smpl Nom Val——低含量标样期望光强值。

2. Low Smpl Act Val——低含量标样获得光强值。

3. High Smpl Nom Val——高含量标样期望光强值。

4. High Smpl Act Val——高含量标样获得光强值期望光强值越高含量值越高，获得值越高含量值越低，可根据这点按需要调整数据（一般调整顺数第二位的数据）调整数据前需在测量窗口中选择“Matrix Corrected Concen”（通道含量）窗口确定元素所在通道。

注意：调整期望光强值可调整系统偏差，调整获得光强值可调整偶然误差[8]。

1.4原子吸收光谱法的发展前景近年来国内外都有人致力于研究激光在原子吸收分析方面的应用：用可调谐激光代替空心阴极灯光源；用激光使样品原子化。

它将为微区和薄膜分析提供新手段、为难熔元素的原子化提供了新方法。

塞曼效应的应用，使得能在很高的背景下也能顺利地实现测定。

高效分离技术气相色谱、液相色谱的引入，实现分离仪器和测定仪器联用，将会使原子吸收分光光度法的面貌发生重大变化，微量进样技术和固体直接原子吸收分析受到了人们的注意。

固体直接原子吸收分析的显著优点是：省去了分解试样步骤，不加试剂，不经任何分离，富集手续，减少了污染和损失的可能性，这对生物，医药，环境，等这类只有少量样品供分析的领域将是有特别意义的。

所有这些新的发展动向，都很值得引起我们的重视。

近年来微型电子计算机应用到原子吸收分光光度计后，使仪器的整机性能和自动化程度达到一个新的阶段[9]。

参考文献1.邓绶林;刘文彰主编，《地学辞典》河北教育出版社2.兰州大学硕士论文 2009年3.河北大学硕士论文 2002年4.百度百科/view/1427822.htm，2014年4月26日5.邓勃著，原子吸收光谱分析的原理、技术和应用，清华大学出版社，2004,76.邱德仁著，原子光谱分析，复旦大学出版社，2001,97.王哲、王宇杰、张洪利影响火焰原子吸收分光光度计灵敏度的主要因素，仪器仪表与分析检测 2006-28.高俊杰等著，《仪器分析》，国防工业出版社，2005,99.百度百科/link?url=ZXEzzYCSIUM5BeVWBe-kFHKEjxBkEhtnVRoOQ XLvWxDyceYvAVSmDjDmbxXJlAr-#7 2014年4月27日。