土壤中有機(jī)污染物的檢測(cè)技術(shù)研究進(jìn)展

呂峰 姚一

摘要：目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)土壤揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)工作逐漸向國(guó)際接軌，出現(xiàn)了多種監(jiān)測(cè)技術(shù)，隨著這些技術(shù)的效率和精確度不斷提升，在實(shí)際工作中有著較好的表現(xiàn)，但一些技術(shù)難點(diǎn)問題仍然困擾著監(jiān)測(cè)工作。為此，文章對(duì)土壤中揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了介紹，并結(jié)合當(dāng)前工作中存在的一些難點(diǎn)問題，通過實(shí)際案例，對(duì)難點(diǎn)問題的解決措施進(jìn)行了探討，以期為今后的相關(guān)工作開展提供理論和實(shí)踐參考。

關(guān)鍵詞：土壤檢測(cè);揮發(fā)性有機(jī)物;監(jiān)測(cè)技術(shù)

引言

近年來(lái)，建設(shè)用地土壤污染狀況調(diào)查受到了有關(guān)部門的高度重視。目前揮發(fā)性有機(jī)物是導(dǎo)致土壤污染的主要原因之一，由此，在土壤監(jiān)測(cè)工作中，對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)技術(shù)也就成為了研究重點(diǎn)。當(dāng)然，由于土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物種類較多，理化性質(zhì)之間存在一定的差異，因此其監(jiān)測(cè)技術(shù)也會(huì)受到多方面的影響，容易導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度受到制約，所以目前仍需對(duì)技術(shù)難點(diǎn)問題做進(jìn)一步研究。

1.土壤揮發(fā)性有機(jī)物概述

隨著當(dāng)下我國(guó)環(huán)境保護(hù)意識(shí)逐漸加強(qiáng)，針對(duì)土壤結(jié)構(gòu)及揮發(fā)性有機(jī)物分析檢測(cè)工作也隨著提升。其中，最為代表性的為土壤揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)。揮發(fā)性有機(jī)物是按照世界衛(wèi)生組織的定義，沸點(diǎn)在50～250℃的化合物，室溫下飽和蒸氣壓超過133.32Pa，在常溫下以蒸氣形式存在于空氣中的一類有機(jī)物為揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）。按其化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同，可以進(jìn)一步分為八類：烷類、芳烴類、烯類、鹵烴類、酯類、醛類、酮類和其他。通過對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行深入分析后發(fā)現(xiàn)，該有機(jī)物對(duì)人體健康造成較大威脅，具有一定致癌性。同時(shí)，土壤當(dāng)中的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)手段也受技術(shù)、人員等多方面影響，我國(guó)在該方面具有較大的制約性。

2.土壤中揮發(fā)性有機(jī)物主要特點(diǎn)

第一，具有小分子量特點(diǎn)，在特定條件下受環(huán)境影響揮發(fā)性有機(jī)物更容易發(fā)生氣體。并可根據(jù)其有機(jī)物質(zhì)在發(fā)展生產(chǎn)中不斷演變成型。當(dāng)然也會(huì)在有機(jī)物質(zhì)受化學(xué)或生物降解后逐漸成形。主要依附在大氣或土壤當(dāng)中。在對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行檢測(cè)中也同樣具有難度，不同檢測(cè)方法會(huì)形成不同效果，包括含量、種類等。第二，具有十分頑強(qiáng)的活躍度，土壤中揮發(fā)性有機(jī)物具有一定活性。依附在土壤當(dāng)中會(huì)根據(jù)土質(zhì)結(jié)構(gòu)及外部大氣影響，逐漸發(fā)生變化，并很難受自然環(huán)境影響而減弱。通過實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)性有機(jī)物在土壤中具有較強(qiáng)活性，極易與土壤中且物質(zhì)進(jìn)行融合。

3.土壤環(huán)境中典型有機(jī)污染物的污染現(xiàn)狀

人類生產(chǎn)生活過程中，因燃料的燃燒、農(nóng)藥以及一些高分子材料的使用，會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)污染物。其中的一部分通過殘?jiān)苯优湃胫校M(jìn)入空氣中的部分則會(huì)通過濕沉降以及干沉降的方式進(jìn)入土壤或地表水環(huán)境中。土壤因其多孔性結(jié)構(gòu)和豐富的有機(jī)質(zhì)含量等而成為大多數(shù)有機(jī)污染物理想的“匯”。近年來(lái)關(guān)于土壤中檢測(cè)出典型有機(jī)污染物的研究報(bào)道屢見不鮮。例如，通過檢測(cè)珠江三角洲地區(qū)表層土壤中多氯化萘（PCNs）的濃度，發(fā)現(xiàn)其總濃度竟達(dá)到 59.9 ±86.7 pg g-1。此外，通過檢測(cè)中國(guó)南部地區(qū)某電子垃圾回收站附近區(qū)域土壤中多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）、新型溴代阻燃劑（NBFRs）和得克?。―Ps）的含量，發(fā)現(xiàn)土壤中 PBDEs 的含量在 7.56 –127 ng g-1 之間，NBFRs 的含量為 8.98 – 144 ng g-1，DPs 的含量在 0.38 – 8.45 ng g-1 之 間。通過檢測(cè)清遠(yuǎn)地區(qū)靠近電子垃圾填埋場(chǎng)的土壤中 10 種 PBDEs 的濃度，其結(jié)果顯示，BDE-209 以外的其它 9 種 PBDEs 化合物濃度為 1.93 – 19.5 ng g-1，BDE-209 的含量為 25.7 – 102 ng g-1。通過檢測(cè)成都某地區(qū)農(nóng)田表層土壤中 OPFRs 的含量，發(fā)現(xiàn)其在農(nóng)田表層土壤中廣泛分布，濃度在 2.92 – 160 ng g-1 之間。土壤是地球上物質(zhì)循環(huán)和生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，土壤底棲生物的生命活動(dòng)和植物的生長(zhǎng)與土壤環(huán)境密切相關(guān)，多數(shù)植物和底棲生物都能從土壤中富集有機(jī)污染物。可見，土壤中的典型有機(jī)污染物已經(jīng)對(duì)人類產(chǎn)生了一定的健康風(fēng)險(xiǎn)。

事實(shí)上，土壤中只有生物可利用態(tài)的有機(jī)污染物才能被植物以及底棲生物吸收富集，因此，評(píng)估土壤中典型有機(jī)污染物的生物可利用性勢(shì)在必行。然而土壤的環(huán)境與沉積物或水體環(huán)境存在較大差異，其獨(dú)特的固、液和氣三相結(jié)構(gòu)，以及豐富有機(jī)質(zhì)含量讓有效評(píng)估土壤中典型有機(jī)污染物生物可利用性成為環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的難題。

目前最能有效評(píng)估土壤中典型有機(jī)污染物生物可利用性方法是生物測(cè)試法，即將植物或者底棲生物暴露于測(cè)試土壤中，待生長(zhǎng)一定時(shí)間后，取回檢測(cè)受試生物體內(nèi)典型有機(jī)物污染物濃度，進(jìn)而評(píng)估測(cè)試區(qū)域土壤中目標(biāo)物的生物可利用性。這種方法的測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng)，通常需要幾個(gè)月甚至幾年的時(shí)間來(lái)培養(yǎng)受試生物，這往往會(huì)大大延緩?fù)寥牢廴局卫磉M(jìn)程和社會(huì)生產(chǎn)效率。因此，我們迫切需要一種更為高效的評(píng)估土壤中典型有機(jī)污染物生物可利用性手段。

4.土壤中揮發(fā)性有機(jī)物常用的監(jiān)測(cè)技術(shù)

4.1膜萃取氣相色譜技術(shù)

這種技術(shù)目前已成為土壤中揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)的首選技術(shù)，在應(yīng)用該種技術(shù)時(shí)，揮發(fā)性有機(jī)物會(huì)經(jīng)由纖維膜與惰性氣體之間進(jìn)行有效整合，經(jīng)壓縮和吸收處理后，使用電力進(jìn)行加熱。由于不同物質(zhì)注入到裝備的時(shí)間不同，因此能夠準(zhǔn)確分析土壤樣品中揮發(fā)性有機(jī)物的種類和含量，確保檢測(cè)結(jié)果的精確度。同時(shí)，膜技術(shù)的應(yīng)用也有效避免了檢測(cè)中溶劑損耗過多的問題。

4.2質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜技術(shù)

由于土壤中揮發(fā)性有機(jī)物的生物活性相對(duì)較強(qiáng)，且有機(jī)物的種類在檢測(cè)中可能會(huì)因發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變化，因此可采用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這是一種在線監(jiān)測(cè)方法，能夠有效避免樣品衍生物造成的干擾，確保檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)。同時(shí)，質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜技術(shù)具有較高靈敏度，在較短時(shí)間內(nèi)即可解析所有揮發(fā)性有機(jī)物的屬性，不再需要濃縮等操作程序，使得檢測(cè)效率和檢測(cè)質(zhì)量均得到有效提升。

4.3吸附劑富集檢測(cè)方法

在該檢測(cè)方法中，所使用的吸附劑通常為固體吸收劑，采用固體吸收劑對(duì)土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行吸附和濃縮。在這種技術(shù)模式下，揮發(fā)性有機(jī)物的吸附和濃縮為同時(shí)進(jìn)行，有效縮短了檢測(cè)工作的時(shí)間，提升了工作效率。在實(shí)際操作中，操作人員一般使用吸附管對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的濃度進(jìn)行調(diào)整，以獲得平均濃度。為避免吸附劑可能出現(xiàn)的誤差，吸附劑填充量通常控制在19以下。整體來(lái)看，吸附劑富集檢測(cè)方法在應(yīng)用期間消耗的成本相對(duì)較低，吸附管在清洗后即可循環(huán)使用，提高了資源的有效利用率。當(dāng)然，由于吸附劑填充量的限制，使得這種檢測(cè)方法的應(yīng)用也同樣存在局限性，一般只用于中低濃度的揮發(fā)性化合物檢測(cè)，對(duì)高濃度揮發(fā)性化合物的檢測(cè)則不適用。

5.當(dāng)前土壤揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)技術(shù)難點(diǎn)問題

5.1技術(shù)形式單一，監(jiān)測(cè)精度不準(zhǔn)

相對(duì)而言，國(guó)內(nèi)的土壤揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)技術(shù)還處于起步階段，技術(shù)創(chuàng)新力度還稍顯不足，這就導(dǎo)致現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)技術(shù)很難得到有效應(yīng)用。在實(shí)際工作中，監(jiān)測(cè)人員通常沿用單一的監(jiān)測(cè)方法，而忽略了不同土壤中揮發(fā)性有機(jī)物的差異，也就無(wú)法保證監(jiān)測(cè)精度。同時(shí)，現(xiàn)有的土壤揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)操步驟也相對(duì)較為復(fù)雜，對(duì)操作人員的物理、化學(xué)和生物等理論知識(shí)都有著較高的要求，操作人員可能無(wú)法正確應(yīng)用這些監(jiān)測(cè)技術(shù)，特別是對(duì)于一些基層的監(jiān)測(cè)站來(lái)說，這種問題更加突出，也就限制了土壤揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)技術(shù)的推廣普及。除此之外，現(xiàn)有的土壤揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)技術(shù)還會(huì)消耗大量的時(shí)間，這樣會(huì)影響到監(jiān)測(cè)工作的效率。由此可見，對(duì)土壤中揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新是當(dāng)前迫切需要解決的問題。

從目前的實(shí)際情況來(lái)看，在實(shí)際的監(jiān)測(cè)工作中，監(jiān)測(cè)人員在理論專業(yè)知識(shí)上的匱乏是導(dǎo)致監(jiān)測(cè)出現(xiàn)滯后性的重要原因。面對(duì)土壤中各種成分復(fù)雜的揮發(fā)性有機(jī)物，單一的監(jiān)測(cè)技術(shù)可能無(wú)法起到應(yīng)有的作用，而是需要多種技術(shù)組合應(yīng)用，這就需要對(duì)監(jiān)測(cè)技術(shù)方案進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和布局。同時(shí)在監(jiān)測(cè)過程中，也要嚴(yán)格按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行專業(yè)操作。但目前很多實(shí)際監(jiān)測(cè)工作中，監(jiān)測(cè)人員普遍缺乏多方面專業(yè)理論知識(shí)的支撐，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用流于形式，這就必然會(huì)使得監(jiān)測(cè)結(jié)果存在較大的誤差。

6.監(jiān)測(cè)技術(shù)難點(diǎn)問題的主要解決措施

6.1加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用

不同時(shí)期對(duì)土壤中揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)技術(shù)要求也有著明顯的差異，這就需要對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新，如將智能化技術(shù)融入到監(jiān)測(cè)技術(shù)當(dāng)中，使其能夠有效預(yù)判土壤中揮發(fā)性有機(jī)物可能出現(xiàn)變化的情況，更有利于后續(xù)監(jiān)測(cè)工作的順利開展。同時(shí)，新技術(shù)的應(yīng)用也有助于進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)的效率和精準(zhǔn)度，符合我國(guó)土壤揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)要求。

6.2加強(qiáng)對(duì)專業(yè)人才的培養(yǎng)

目前，土壤揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)工作已經(jīng)朝著專業(yè)化的趨勢(shì)發(fā)展，因此培養(yǎng)專業(yè)人才是一項(xiàng)重要內(nèi)容。為此，有關(guān)的科研院所和大專院校等要注重對(duì)這方面人才的培養(yǎng)，確保專業(yè)人才能夠從專業(yè)角度解決技術(shù)上的難點(diǎn)問題。

6.3實(shí)際應(yīng)用案例

（1）氣相色譜法

氣相色譜法在土壤揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)中有著快捷和高效的特點(diǎn)，其局限性也相對(duì)較低，只需將揮發(fā)性氣體送入到色譜檢測(cè)儀器中即可完成檢測(cè)。但在實(shí)際操作過程中，仍然存在一定的難點(diǎn)問題需要解決。在實(shí)際應(yīng)用過程中，主要通過以下流程進(jìn)行。

在應(yīng)用氣相色譜法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要注意的是，必須在頂空瓶閉合狀態(tài)下才能進(jìn)行檢測(cè)，且要保持恒溫，以確保土壤中揮發(fā)性有機(jī)物處于固相和液相之間的平衡狀態(tài)。以上確認(rèn)無(wú)誤后才能進(jìn)行取樣操作。同時(shí)，除檢測(cè)土壤樣品和儀器之外，還需要準(zhǔn)備以下材料：（1）基質(zhì)轉(zhuǎn)變液：主要用于降低揮發(fā)性有機(jī)物的溶解度;（2）檢測(cè)試劑：包括去離子水、甲醇色譜、磷酸和氯化鈉等。

在實(shí)驗(yàn)過程中，首先在基質(zhì)轉(zhuǎn)變液中加入適量磷酸，將反應(yīng)體系pH值調(diào)整至3.0左右，而后加入一定量的氯化鈉并震蕩，確保氯化鈉充分溶解，將該試劑低溫保存待用。通過分析實(shí)際檢測(cè)結(jié)果可知，這種優(yōu)化改進(jìn)后的氣相色譜檢測(cè)方法，同以往的方法相比，有更高的檢測(cè)精度，能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)對(duì)數(shù)十種揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)判定，與其他的檢測(cè)方法相比，其優(yōu)勢(shì)更為明顯。這就有效提高了土壤揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)技術(shù)的效率和質(zhì)量，能夠有效適應(yīng)多種類型土壤的揮發(fā)性有機(jī)物檢測(cè)，預(yù)計(jì)該檢測(cè)技術(shù)在今后將有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。

結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)看，目前已有多種監(jiān)測(cè)技術(shù)用于土壤中揮發(fā)性有機(jī)物的監(jiān)測(cè)，但這些技術(shù)之間存在一定的差異，適用范圍也各不相同，對(duì)于一些特殊情況仍具有較大的局限性，進(jìn)而帶來(lái)一些難點(diǎn)問題。為此，在今后的工作中，要針對(duì)現(xiàn)有的難點(diǎn)問題加強(qiáng)研究分析，通過對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以解決難點(diǎn)問題，確保相關(guān)技術(shù)得到有效應(yīng)用，為下一步工作開展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張蕾，邊志明.淺析土壤中揮發(fā)性有機(jī)物的檢測(cè)及難點(diǎn)解決[J].新型工業(yè)化，2021，11（5）：229-230.

[2]劉靜.建設(shè)用地土壤揮發(fā)性有機(jī)物監(jiān)測(cè)過程中質(zhì)量控制與質(zhì)量保證[J].質(zhì)量與市場(chǎng)，2021（9）：53-54.

[3]馮小康，鄭亞麗.建設(shè)用地土壤中11種半揮發(fā)性有機(jī)物的測(cè)定[J].環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警，2021，13（1）：30-35.

[3]馬妍，董彬彬，杜曉明，等. 揮發(fā)及半揮發(fā)性有機(jī)物污染場(chǎng)地異位修復(fù)技術(shù)的二次污染及其防治[J]. 環(huán)境工程，2017，35（ 4） ： 174 - 178.

[4]土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（ 試 行） ： GB36600—2018[S].