重金屬鉻(Cr)是水環(huán)境中一種重要的污染物,尤其以劇毒且易溶于水的六價(jià)鉻(Cr(VI))為甚,其檢測(cè)對(duì)保障水安全、生態(tài)環(huán)境和人體健康至關(guān)重要。在眾多檢測(cè)方法中,原子吸收光譜法因其成熟穩(wěn)定、靈敏度高、準(zhǔn)確性好和操作相對(duì)簡(jiǎn)便等綜合優(yōu)勢(shì),成為國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、標(biāo)準(zhǔn)化的主流方法。 原子吸收光譜法的核心原理是基態(tài)原子對(duì)特征光輻射的吸收。具體而言,樣品中的鉻化合物在高溫下被原子化,轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶓B(tài)原子蒸氣。當(dāng)一束由鉻空心陰極燈發(fā)出的、波長(zhǎng)為357.9納米(nm)的特征譜線穿過(guò)該原子蒸氣時(shí),蒸氣中的基態(tài)鉻原子會(huì)選擇性吸收這部分光能,發(fā)生能級(jí)躍遷。吸光度的強(qiáng)弱與樣品中鉻原子的濃度成正比,遵循朗伯-比爾定律。通過(guò)測(cè)量吸光度的變化,并與已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行比對(duì),即可精確計(jì)算出水樣中鉻的含量。 在實(shí)際檢測(cè)水體中的鉻時(shí),該方法通常包含幾個(gè)關(guān)鍵步驟。首先是樣品前處理,這是確保準(zhǔn)確性的基石。對(duì)于清潔水樣,可能僅需進(jìn)行簡(jiǎn)單的酸化保存以防止鉻吸附于容器壁或發(fā)生價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變。但對(duì)于含有復(fù)雜有機(jī)質(zhì)或懸浮物的廢水、污水,則必須進(jìn)行消解處理,即加入強(qiáng)酸(如硝酸、硝酸-高氯酸混合酸)并在高溫下加熱,以徹底破壞有機(jī)物、溶解懸浮顆粒,并將可能存在的各種價(jià)態(tài)的鉻全部轉(zhuǎn)化為可檢測(cè)的離子形態(tài)。對(duì)于六價(jià)鉻的專項(xiàng)測(cè)定,需要在前處理中格外小心,避免價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)化,通常會(huì)在弱堿性環(huán)境下進(jìn)行萃取富集。 其次是儀器分析與測(cè)量。根據(jù)原子化方式的不同,AAS主要分為兩種:火焰原子吸收光譜法和石墨爐原子吸收光譜法。火焰法(FAAS)將處理好的液體樣品直接吸入空氣-乙炔火焰中進(jìn)行原子化,其優(yōu)點(diǎn)是分析速度快、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行成本低,適用于鉻濃度相對(duì)較高(通常在mg/L級(jí)別)的水樣,如工業(yè)廢水。但對(duì)于飲用水、地表水等清潔水體中痕量(μg/L級(jí)別)的鉻,火焰法的靈敏度往往不足。此時(shí),石墨爐原子吸收光譜法成為更佳選擇。石墨爐法(GFAAS)將微量樣品注入石墨管中,通過(guò)程序控溫經(jīng)歷干燥、灰化、原子化和高溫凈化四個(gè)階段。其原子化效率極高,樣品幾乎完全原子化,且原子在光路中停留時(shí)間長(zhǎng),因此靈敏度比火焰法高出幾個(gè)數(shù)量級(jí),能夠輕松應(yīng)對(duì)環(huán)境水樣的超低濃度鉻檢測(cè),盡管其分析速度較慢且成本更高。 最后是數(shù)據(jù)處理與結(jié)果計(jì)算。儀器自動(dòng)繪制出以標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)、吸光度為縱坐標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。待測(cè)樣品的吸光度值代入曲線,即可得到其濃度值。為確保結(jié)果可靠,通常還會(huì)進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),以驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性。 原子吸收光譜法能夠成為最廣泛使用的方法,得益于其多重優(yōu)勢(shì):靈敏度高,特別是石墨爐法可滿足嚴(yán)苛的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn);選擇性好,元素間的干擾較少且易于校正;準(zhǔn)確性高,分析結(jié)果可靠;技術(shù)成熟,儀器普及率高,操作方法已被寫入眾多國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(如EPA、ISO方法)。當(dāng)然,它也存在一些局限性,如一次只能測(cè)定一種元素、對(duì)復(fù)雜基體樣品可能需要進(jìn)行干擾校正等。盡管如此,原子吸收光譜法至今仍是實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行水體鉻含量日常監(jiān)測(cè)、合規(guī)性審核和科學(xué)研究中最受信賴和依賴的權(quán)威方法之一。
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