土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展

金淑聰

（昌吉回族自治州環(huán)境監(jiān)測(cè)站，新疆 昌吉 831100）

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展，工業(yè)化發(fā)展速度的加快，各種機(jī)械設(shè)備在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，雖然提升了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，但同時(shí)也造成了比較嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染。土壤重金屬污染越來越嚴(yán)重。土壤重金屬污染本身具有難降解、易積累、毒性大的特點(diǎn)，如果不進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制和處理，對(duì)國內(nèi)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域和其他領(lǐng)域的發(fā)展都會(huì)道理嚴(yán)重的影響，目前土壤重金屬污染已被各國列入優(yōu)先控制的污染名單。本文針對(duì)土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)展進(jìn)行詳盡的闡述，希望對(duì)土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展提供參考。

1 土壤重金屬污染概述

在土壤無機(jī)污染中，重金屬污染比較突出，負(fù)面影響也比較嚴(yán)重，因?yàn)橥寥乐械闹亟饘僭夭荒鼙煌寥牢⑸锓纸?，久而久之，重金屬元素就?huì)不斷地積累，最終轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物。由于食物鏈中的很多作物都需要在土壤中種植和培育，因此土壤重金屬污染對(duì)人體健康影響，起初雖然不明顯，但是當(dāng)重金屬元素日積月累，就會(huì)嚴(yán)重地危害到人類的身體健康[1]。

目前土壤重金屬污染物主要包括汞、鎘、鉛、銅、鉻、砷、鎳、鐵、錳、鋅等，砷雖然不屬于重金屬元素，但其來源于土壤元素沉積，造成的危害與重金屬極其相似，因此也被列入土壤重金屬污染中。而且，即便是同類型的重金屬元素，由于其在土壤中的存在形態(tài)和表現(xiàn)形態(tài)不同，在遷移化特點(diǎn)和污染性質(zhì)方面也是不盡相同的。因此，在開展土壤重金屬污染相關(guān)研究時(shí)，不僅需要注意重金屬元素的總含量，還需要重視重金屬元素的不同表現(xiàn)形態(tài)[2]。

2 土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)展情況

目前應(yīng)用的土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)主要有兩種，一種是現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)測(cè)技術(shù)，另一種是實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)技術(shù)，二者各有優(yōu)劣。

實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)技術(shù)是一種傳統(tǒng)檢測(cè)方式，整個(gè)檢測(cè)過程中需要經(jīng)過多個(gè)環(huán)節(jié)，包含現(xiàn)場(chǎng)采樣、樣品預(yù)處理、樣品的運(yùn)輸和保存等等，在多重環(huán)節(jié)的組合之下，實(shí)驗(yàn)室針對(duì)土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)，其結(jié)果比較準(zhǔn)確，也比較穩(wěn)定，受到其他相關(guān)因素的影響也是比較小的，但是高精確的優(yōu)點(diǎn)也會(huì)帶來一定的缺點(diǎn)，包含檢測(cè)周期比較長、運(yùn)輸?shù)碾y度也比較大等等，目前實(shí)驗(yàn)室土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)主要在科研領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用。

土壤顆粒物中重金屬現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)測(cè)技術(shù)，顧名思義，這項(xiàng)技術(shù)的重點(diǎn)落在“快速”和“現(xiàn)場(chǎng)”兩個(gè)詞之上，這項(xiàng)技術(shù)能夠完成大規(guī)模的采樣，數(shù)據(jù)結(jié)果的時(shí)效性也是比較強(qiáng)的，與實(shí)驗(yàn)室土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，其消耗成本比較低，是一種“性價(jià)比”比較高的監(jiān)測(cè)技術(shù)，但是其監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性與實(shí)驗(yàn)室土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)是沒有可比性的。

因此，相關(guān)人員在對(duì)土壤顆粒物中重金屬進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況和自身的監(jiān)測(cè)目標(biāo)科學(xué)合理地選擇監(jiān)測(cè)技術(shù)[3]。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1.1 X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜法主要利用X射線的良好穿透力，對(duì)采集到的土壤樣品進(jìn)行照射，使被照射的物體發(fā)出熒光，相關(guān)檢測(cè)人員可以利用X射線熒光測(cè)量儀對(duì)采集樣品發(fā)出來的熒光進(jìn)行分析和檢測(cè)，就能夠定性或定量地檢測(cè)中樣品土壤中的重金屬成分。目前，在重金屬檢測(cè)領(lǐng)域中，X射線熒光光譜法的應(yīng)用是比較廣泛的，主要是因?yàn)檫@種檢測(cè)方式具有損耗低和快捷的特點(diǎn)，比較契合現(xiàn)場(chǎng)快速土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，而且還能夠進(jìn)行大批量的檢測(cè)，后續(xù)可以通過計(jì)算分析促使結(jié)果更加準(zhǔn)確。

2.1.2 激光誘導(dǎo)擊穿光譜法

激光誘導(dǎo)擊穿光譜法是分析檢測(cè)領(lǐng)域中一種全新的激光燒蝕分析技術(shù)，其主要原理是：激光可以在透會(huì)聚光鏡的作用之下完成光的匯聚，以此形成高功率的激光，這一類型激光可以使得采集的土壤樣品表層物質(zhì)電離并且氣化，后續(xù)就能夠形成高溫高能的電漿，以此為基礎(chǔ)就能夠得到相關(guān)的電漿輻射出的原子和離子光譜，再利用信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)針對(duì)光圖譜進(jìn)行分析之后，就能夠得到待測(cè)樣品的組成和濃度，這一檢測(cè)方式的精準(zhǔn)度還是比較高的，用起來也比較方便[4]。需要注意到的是，激光誘導(dǎo)擊穿光譜法應(yīng)用過程中，其配置的光譜儀類型具有多樣化的特點(diǎn)，相關(guān)的施工單位和監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)需要根據(jù)自身的需求選擇不同的光譜儀，目前應(yīng)用比較多的是Echelle和Czerny Turner。

2.1.3 免疫分析法

1985年，Reardan等人第一次分離出單克隆抗體后，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者和機(jī)構(gòu)針對(duì)免疫分析法進(jìn)行了廣泛且深刻地研究，這一時(shí)期的免疫分析法也得到了快速發(fā)展，隨著時(shí)間的推移，愈來愈多的抗重金屬離子開始出現(xiàn)，相關(guān)的重金屬免疫分析法也得以建立及應(yīng)用。免疫分析法在土壤顆粒物重金屬監(jiān)測(cè)中具有高靶向性和高準(zhǔn)確性的特點(diǎn)，目前這項(xiàng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，也是新時(shí)期土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)發(fā)展的一種新思路。但是免疫分析法在實(shí)際的土壤顆粒物重金屬監(jiān)測(cè)中還存在著一定的問題，包含實(shí)驗(yàn)材料批量制作困難等等，需要后續(xù)進(jìn)行優(yōu)化和完善，免疫分析法也將是后續(xù)相關(guān)學(xué)術(shù)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)內(nèi)容[5]。

2.1.4 酶抑制法

酶抑制法與免疫分析法都是生物類型監(jiān)測(cè)方式中的一種，因?yàn)橹亟饘僭乇旧韺?duì)酶具有一定的抑制作用，相關(guān)學(xué)者進(jìn)行針對(duì)性研究和分析后發(fā)現(xiàn)，重金屬會(huì)使特定酶反應(yīng)系統(tǒng)中的多方面發(fā)生變化，包括酸堿度、色度和電導(dǎo)率等，參數(shù)上的變化出現(xiàn)一定規(guī)律的時(shí)，會(huì)使重金屬的監(jiān)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確和有效。后續(xù)，相關(guān)的人員結(jié)束化學(xué)和光學(xué)儀器，就可以針對(duì)反應(yīng)液進(jìn)行分析處理，最終就能夠得到被測(cè)樣品中的重金屬元素的種類和具體占比了，這項(xiàng)技術(shù)與免疫分析法一樣，具有良好的發(fā)展空間和前景。

2.1.5 生物傳感器法

目前，生物傳感器法是重金屬監(jiān)測(cè)領(lǐng)域一種新興的監(jiān)測(cè)技術(shù)和方式，但生物傳感器法在土壤顆粒物重金屬監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用容易受到各種因素的影響，包括生物活性、生存環(huán)境和時(shí)間等，因此，生物傳感器法的應(yīng)用受到了更多條件的限制，使該方法在國內(nèi)外沒有得到廣泛應(yīng)用。由于目前國內(nèi)外環(huán)境污染現(xiàn)象比較嚴(yán)重，因此需要注重各個(gè)領(lǐng)域的綠色、環(huán)保發(fā)展，而生物傳感器在土壤顆粒物重金屬監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，二者的契合性比較高，國內(nèi)針對(duì)生物傳感器法的應(yīng)用也需要進(jìn)行大力研究。

2.2 實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.2.1 分光光度法

分光光度法是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)方式的一種，這項(xiàng)技術(shù)具有良好的效果，應(yīng)用起來也比較便利。目前分光光度法在重金屬監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用比較廣泛，但是隨著時(shí)間的推移，各個(gè)領(lǐng)域?qū)?shí)驗(yàn)室土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)的要求明顯提升，因此目前很多研究人員針對(duì)分光光度法進(jìn)行研究和創(chuàng)新[6]。

2.2.2 電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法

研究發(fā)現(xiàn)，在土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，ICP-IES設(shè)備昂貴，操作過程中產(chǎn)生的資源耗費(fèi)比較嚴(yán)重，其中固體直接進(jìn)入樣品之后，會(huì)使監(jiān)測(cè)結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確性大大降低[7]，難以滿足使用需求，不符合可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略。所以操作技術(shù)人員會(huì)將其與監(jiān)測(cè)方式進(jìn)行耦合，也就是所謂的電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法，這一方法在實(shí)際應(yīng)用中能夠得到比較準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)效果。筆者建議使用AES-3000為電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，這該儀器測(cè)試精度較高，測(cè)試的適用性較強(qiáng)，可以廣泛應(yīng)用于石油制品、半導(dǎo)體、食品、生物樣品、刑事科學(xué)農(nóng)業(yè)研究等各個(gè)領(lǐng)域，在功能性方面表現(xiàn)也不錯(cuò)，具有數(shù)據(jù)篩選、數(shù)據(jù)庫管理、參數(shù)設(shè)定等多項(xiàng)功能。

2.2.3 原子吸收光譜法

當(dāng)輻射通過自由原子蒸氣，且入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)（一般情況下都是第一激發(fā)態(tài)）所需要的能量頻率時(shí)，原子就要從輻射場(chǎng)中吸收能量，產(chǎn)生共振吸收，電子由基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，同時(shí)伴隨著原子吸收光譜的產(chǎn)生。簡單來說，原子吸收光譜法的原理其實(shí)就是：基于物質(zhì)產(chǎn)生的原子蒸汽理論，土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)中原子吸收光譜法的應(yīng)用，可以針對(duì)采集到的樣品的特征光譜進(jìn)行定量分析，這樣就能夠得到待測(cè)土壤樣品中重金屬元素的含量和種類，原子吸收光譜法的應(yīng)用，能夠使得重金屬監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度得到提升，實(shí)際檢測(cè)過程中能夠避免其他因素的影響，實(shí)際的測(cè)定范圍也是比較廣泛的，這是原子吸收光譜法廣泛在土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)中進(jìn)行應(yīng)用的主要原因之一。

3 結(jié)論

目前，土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)研究已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但是在國家處于現(xiàn)代工業(yè)化發(fā)展的趨勢(shì)下，土壤重金屬元素污染問題會(huì)更加嚴(yán)重，社會(huì)對(duì)土壤顆粒物中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)的需求和標(biāo)準(zhǔn)都會(huì)更高，注重此項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用，能夠極大促進(jìn)我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。