環(huán)境監測：土壤重金屬污染物的測定方法

土壤重金屬污染物主要有汞、鎘、鉛、銅、鉻、砷、鎳、鐵、錳、鋅等，測量土壤中重金屬污染物主要分為以下幾種檢測方法：

原子熒光法/吸收法

原子熒光光譜儀的組成：

主要由激發(fā)光源、原子化器和檢測器三部分組成。 

共振熒光：

原子蒸氣受具有特征波長(cháng)的光源照射后，其中一些自由原子被激發(fā)躍遷至較高能態(tài)，然后以直接躍遷形式回復到基態(tài)，當激發(fā)輻射的波長(cháng)與所產(chǎn)生的熒光波長(cháng)相同時(shí)，這種熒光稱(chēng)為共振熒光。

主要優(yōu)點(diǎn)：

靈敏度較高、譜線(xiàn)比較簡(jiǎn)單、分析曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍較寬、可同時(shí)進(jìn)行多元素測定。 

氫化物發(fā)生原子熒光法測定砷、硒、銻、鉍的方法原理：

(1)在消解處理水樣后加入還原劑(如硫脲)，把砷、銻、鉍還原成三價(jià)，硒還原成四價(jià)；在酸性介質(zhì)中加入硼氫化鉀溶液，三價(jià)砷、銻、鉍和四價(jià)硒分別形成砷化氫、銻化氫、鉍化氫和硒化氫氣體；

(2)生成的砷化氫、銻化氫、鉍化氫和硒化氫氣體由載氣(氬氣)直接導入石英管原子化器中，進(jìn)而在氬氫火焰中原子化；

(3)基態(tài)原子受特種空心陰極燈光源的激發(fā)，產(chǎn)生原子熒光；

(4)檢測原子熒光的相對強度，利用熒光強度與溶液中的砷、銻、鉍和硒含量呈正比的關(guān)系，計算樣品溶液中相應成分的含量。

原子熒光法測定水中砷、銻時(shí)，一般要在水樣中加入硫脲和抗壞血酸的作用：

將水樣中的砷、銻還原成三價(jià)，同時(shí)也作為抗干擾的掩蔽劑。

用原子熒光法測定水中砷、硒、銻、鉍時(shí)，配制1000m1 0.7％硼氫化鉀溶液的過(guò)程：

稱(chēng)取7g硼氫化鉀于預先加有2gKOH的200mL去離子水中，用玻璃棒攪拌至溶解后，用脫脂棉過(guò)濾，稀釋至1000ml。

原子吸收光譜儀的組成：

由光源、原子化器、分光系統和檢測系統四部分組成。

原子吸收光譜儀的火焰原子化裝置包括：

霧化器和燃燒器

火焰原子吸收光譜儀的原子化器的作用：

產(chǎn)生基態(tài)原子，用以吸收來(lái)自銳線(xiàn)源的共振輻射。

原子吸收光度法的工作原理：

由光源發(fā)出的特征譜線(xiàn)的光被待測元素的基態(tài)原子吸收，使特征譜線(xiàn)的能量減弱，其減弱程度與基態(tài)原子的濃度成正比，依此測定試樣中待測元素的含量。

原子吸收光譜儀的光源應滿(mǎn)足的條件：

(1)光源能發(fā)射出所需的銳線(xiàn)共振輻射，譜線(xiàn)的輪廓要窄；

(2)光源要有足夠的輻射強度，輻射強度應穩定、均勻：

(3)燈內充氣及電極支持物所發(fā)射的譜線(xiàn)應對共振線(xiàn)沒(méi)有干擾或干擾極小。

原子吸收光度法測試樣品前，空心陰極燈為何需要預熱：

通過(guò)預熱達到空心陰極燈內外的熱平衡，使原子蒸氣層的分布與厚度均勻后，發(fā)光強度才能穩定，才能進(jìn)行正常測量。

原子吸收光譜儀中，衡量原子化器性能的指標有哪些?

原子化器能否在適當的時(shí)間內，將試樣中的待測元素定量地原子化，少受其他因素的干擾，這是主要指標：其次是原子化過(guò)程的穩定性以及在原子化過(guò)程中引致的噪聲大小。

為何原子吸收光度法必須用銳線(xiàn)光源：

銳線(xiàn)光源即發(fā)射線(xiàn)的半寬度比火焰中吸收線(xiàn)的半寬度窄得多，基態(tài)原子只對0.001～0.002nm波長(cháng)的特征波長(cháng)的輻射產(chǎn)生吸收，若用產(chǎn)生連續光譜的燈光源，基態(tài)原子只對其中極窄的部分有吸收，致使靈敏度極低而無(wú)法測定。若用銳線(xiàn)光源，就能滿(mǎn)足原子吸收的要求。

原子吸收光度法氘燈扣除背景的原理：

當氘燈發(fā)射的光通過(guò)原子化器時(shí)，同樣可為被測元素的基態(tài)原子和火焰的背景吸收。由于基態(tài)原子吸收的波長(cháng)很窄，對氘燈總吸收所占的分量很小(＜1％)，故近似地把氘燈的總吸收看做背景吸收。二者相減(在儀器上，使空心陰極燈和氘燈的光交替通過(guò)原子一起來(lái)實(shí)現)，即能扣除背景吸收。

火焰原子吸收光度法中常用消除化學(xué)干擾的方法有：

加釋放劑、加保護劑、加助熔劑、改變火焰種類(lèi)、化學(xué)預分離等。

等離子體發(fā)射光譜

什么是等離子體：

等離子體是物質(zhì)在高溫條件下，處于高度電離的一種狀態(tài)。由原子、離子、電子和激發(fā)態(tài)原子、離子組成，總體呈電學(xué)中性和化學(xué)中性。為物質(zhì)在常溫下的固體、液體、氣體狀態(tài)之外的第四狀態(tài)。 

等離子體發(fā)射光譜法的分析原理：

(1)高頻發(fā)生器產(chǎn)生的交變電磁場(chǎng)，使通過(guò)等離子體火炬的氬氣電離、加速并與其他氬原子碰撞，形成等離子體；

(2)過(guò)濾或消解處理過(guò)的樣品經(jīng)進(jìn)樣器中的霧化器被霧化，并由氬載氣帶入等離子體火炬中被原子化、電離、激發(fā)；

(3)不同元素的原子在激發(fā)或電離時(shí)可發(fā)射出特征光譜，特征光譜的的強弱與樣品中原子濃度有關(guān)，與標準溶液進(jìn)行比較，即可定量測定樣品中各元素的含量。

電感耦合高頻等離子焰炬的特點(diǎn)：

(1)由于高頻感應電流的趨膚效應產(chǎn)生的電屏蔽大大地減緩了原子和離子的擴散，因而是非常靈敏的分析光源，一般元素的檢測極限常低于10-8g／ml；

(2)激發(fā)溫度高，可達8000～10000K，能激發(fā)一些在一般火焰中難以激發(fā)的元素，且不易生成難熔金屬氧化物；

(3)放電十分穩定，分析精密度高，偏差系數可小至0．3％：

(4)等離子體的自吸效應很小，分析曲線(xiàn)的直線(xiàn)部分范圍達4～5個(gè)數量級：

(5)基體效應小，化學(xué)干擾少，通?？捎眉兯渲茦藴嗜芤?，或用同一套標準試樣溶液來(lái)分析幾種基體不同的試樣；

(6)可同時(shí)進(jìn)行多元素測定。 

ICP光譜儀的組成：

ICP光譜儀主要由兩大部分組成，即ICP發(fā)生器和光譜儀。ICP發(fā)生器包括高頻電源、進(jìn)樣裝置及等離子體炬管，光譜儀包括分光器、檢測器及相關(guān)的電子數據系統，它的輔助裝置是穩壓電源及供氣系統。

配制ICP-AES法測定所用的多元素混合標準溶液時(shí)，應考慮的因素：

(1)為進(jìn)行多元素同時(shí)測定，簡(jiǎn)化操作手續，可根據元素間相互干擾的情況與標準溶液的性質(zhì)，用單元素中間標準溶液，分組配制多元素混合標準溶液；

(2)由于所用標準溶液的性質(zhì)及儀器性能以及對樣品待測項目的要求不同，元素分組情況也不盡相同；

(3)混合標準溶液的酸度盡量保持與待測樣品溶液的酸度一致。 

ICP-AES法測定水中溶解態(tài)元素時(shí)，如何進(jìn)行樣品預處理?

樣品采集后立即通過(guò)0.45vm濾膜過(guò)濾，棄去初始的50～100m1溶液，收集所需體積的濾液，并用(1／1)硝酸把溶液調節至Ph＜2。廢水試樣加入硝酸至含量達到1％。 

如何用ICP-AES法測定水中非溶解態(tài)元素?

用ICP-AES法測定水中非溶解態(tài)元素時(shí)，可把未通過(guò)0.45μm濾膜的殘存物，經(jīng)HN03+HCl混酸消解后，用ICP-AES法進(jìn)行測定，也可由元素總量減去可溶態(tài)元素含量而得。

在ICP-AES法中，為什么必須特別重視標準溶液的配制?

(1)不正確的配制方法將導致系統偏差的產(chǎn)生：

(2)介質(zhì)和酸度不合適，會(huì )產(chǎn)生沉淀和渾濁；

(3)元素分組不當，會(huì )引起元素間譜線(xiàn)干擾；

(4)試劑和溶劑純度不夠，會(huì )引起空白值增加、檢測限變異和誤差增大。

ICP-AES測定時(shí)，采用標準曲線(xiàn)法定量分析的原理:

在發(fā)射光譜定量分析中，譜線(xiàn)強度與試樣含量存在如下關(guān)系：I=aCb，

式中：b是自吸收系數，一般情況下b≤1，b值與光源特性、樣品中待測元素含量、元素性質(zhì)及譜線(xiàn)強度等因素有關(guān)。

當試液中元素含量不特別高時(shí)， 自吸收系數接近于1，此時(shí)譜線(xiàn)強度和濃度呈直線(xiàn)關(guān)系?？膳渲?～5個(gè)濃度的標準樣品系列，在合適的分析條件下激發(fā)樣品，在線(xiàn)性坐標中繪制標準曲線(xiàn)。

一般情況下應得到通過(guò)坐標原點(diǎn)良好線(xiàn)性的標準曲線(xiàn)，利用待測樣品的譜線(xiàn)強度由標準曲線(xiàn)上求出試樣含量。

實(shí)際工作中，由于ICP光源的自吸收比較低，且儀器穩定性也在不斷改進(jìn)，一般情況下標準曲線(xiàn)的線(xiàn)性及穩定性均佳，在分析較低濃度樣品時(shí)，有時(shí)可用兩點(diǎn)法繪制標準曲線(xiàn)。即用一個(gè)標準溶液及一個(gè)空白溶液校準儀器，然后進(jìn)行樣品分析。

便攜式X 射線(xiàn)土壤重金屬污染物熒光光譜儀

便攜式X 射線(xiàn)土壤重金屬污染物熒光光譜儀可以現場(chǎng)快速測定土壤重金屬嗎？
目前現場(chǎng)快速測定土壤重金屬主要采用手持式土壤重金屬檢測儀，也就是大家常說(shuō)的XRF土壤分析儀。該技術(shù)可以現場(chǎng)對土樣直接采集，實(shí)現重金屬的現場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測，與以往實(shí)驗室檢測相比，節省了大量的時(shí)間和成本。該技術(shù)方法受到了美國環(huán)境保護局和世界上其他主要監管機構的青睞。
XRF技術(shù)：即 X射線(xiàn)熒光光譜分析技術(shù)，是一種無(wú)損檢測手段，無(wú)需對樣品進(jìn)行消解前處理，測試時(shí)間短，工作效率高，多元素同時(shí)檢測。主要利用初級X射線(xiàn)光子或其他微觀(guān)離子激發(fā)待測物質(zhì)中的原子，使之產(chǎn)生熒光(次級X射線(xiàn))，產(chǎn)生的熒光會(huì )因重金屬的不同而不同，進(jìn)而對重金屬進(jìn)行定性及定量分析。
 
手持式重金屬檢測儀一般能測定土壤中的多少種重金屬元素？
一般可以測定30多種重金屬元素，分析范圍一般從硫（S）-鈾（U）?？蓹z測的主要元素為：K、Ca、S、P、Cl、Ti、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Hg、As、Pb、Se、Rb、Sr、Y、Zr、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、V、Co、W、Bi、Th、U等31個(gè)元素。
 
對被測樣品的種類(lèi)和形態(tài)是否有具體要求？
被測樣品的形態(tài)可以是固態(tài)（塊狀或粉末狀）、液態(tài)及泥漿態(tài)等，只要濃度高于設備的檢出限即可。不同元素、不同基體的檢出限有所差異，一般在2~10ppm之間。 
手持式土壤重金屬檢測儀如何使用？
首先需要用標準樣塊對檢測儀進(jìn)行校準，以確保儀器正常工作并達到使用的良好狀態(tài)，手持式土壤重金屬檢測儀一般8小時(shí)校準一次，期間即使更換電池或開(kāi)關(guān)機等都無(wú)需對設備進(jìn)行再次校準。校準后，根據項目實(shí)際情況，設定測試時(shí)間，進(jìn)行土壤樣品測定，儀器操作非常簡(jiǎn)單，只需扣動(dòng)一下扳機，測試就會(huì )進(jìn)行，到達測試設定時(shí)間，儀器自動(dòng)停止。  
在使用中需要注意哪些問(wèn)題？
手持式土壤重金屬檢測儀操作簡(jiǎn)單，使用人不需要有**背景，只需簡(jiǎn)單培訓就可以進(jìn)行儀器操作。但需要注意的是：
（1） 忌高溫，一般使用溫度在-10℃—50℃，儀器的長(cháng)時(shí)間使用也會(huì )造成儀器溫度過(guò)高，在這種情況下，需稍作休息后再進(jìn)行測定，以免儀器過(guò)熱引起設備損壞。目前市場(chǎng)上，Olympus Innov-X系列產(chǎn)品對此做了相關(guān)的改進(jìn)，更加注重設備的散熱的系統改進(jìn)，同時(shí)儀器自帶過(guò)熱保護功能，當儀器過(guò)熱時(shí)，系統會(huì )進(jìn)行提醒。
（2） 忌摔。由于設備中含有X射線(xiàn)發(fā)光管，因此一般手持式設備在操作時(shí)要避免對設備進(jìn)行劇烈的撞擊。如何防摔、抗摔也是目前手持式土壤重金屬檢測儀研究和改進(jìn)的方向。
 
手持式土壤重金屬檢測儀檢測一個(gè)樣品一般需多長(cháng)時(shí)間？
一般測試一個(gè)土壤樣品需要60s-100s。
測試樣品的準備度及重復性如何？
測試樣品的準確度及重復性是大家*為關(guān)注的一點(diǎn)。使用者通常會(huì )拿著(zhù)手持XRF分析儀的測試結果與化學(xué)方法的測試結果進(jìn)行對比，由于原理不同、測試條件以及受到小型化后功率等各方面影響，結果會(huì )出現一定偏差，這個(gè)是毋庸置疑的。手持XRF分析儀通過(guò)合理的測試條件設定（如測試時(shí)間、樣品處理等），能夠得到可接受誤差范圍內的測試結果。
目前手持式土壤重金屬檢測儀的品牌有哪些？
手持式土壤重金屬檢測儀品牌主要有申貝、天瑞、浪聲、3V、賽默飛尼通、布魯克、奧林巴斯等。
手持式土壤重金屬儀如出現設備故障如何解決？
當儀器軟件出現故障的時(shí)候，可以將儀器連接至電腦，通過(guò)電腦對儀器軟件等進(jìn)行修復，同時(shí)儀器工程師也可以遠程對設備進(jìn)行診斷維護。
手持式土壤重金屬儀是否還能在其他行業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行應用？
對于手持式重金屬檢測儀，其實(shí)更多的應用在合金檢測領(lǐng)域，通過(guò)儀器測定可以判別合金的性質(zhì)及具體成分含量。目前一臺手持式重金屬檢測儀可加載多個(gè)模塊，即土壤、合金、貴金屬、礦石、ROHS，其中ROHS模塊指可以對小孩的玩具或一些與生活密不可分的物質(zhì)中的進(jìn)行重金屬含量測定，以此判斷該物質(zhì)對人體健康的危害。