土壤重金屬檢測方法研究現(xiàn)狀與未來發(fā)展方向

劉兵

摘要：土壤重金屬含量檢測是土壤質(zhì)量評價和環(huán)境污染防治的重要手段和基礎(chǔ)。采用科學(xué)合理的土壤檢測方法，可高效、準(zhǔn)確對土壤重金屬測定和污染評價。本文簡要介紹了土壤重金屬含量的檢測原理及方法，并針對靈敏度、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性、檢測成本等多方面進行了對比，并對將來土壤重金屬含量檢測手段和技術(shù)的發(fā)展方向進行了展望，以期為土壤重金屬檢測方法的選擇及土壤污染的治理提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：土壤污染；重金屬；檢測方法

隨著工業(yè)化進程和城市化的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題亦日益突出，其中土壤污染問題尤為嚴重。土壤環(huán)境污染主要有重金屬、農(nóng)業(yè)化學(xué)投入品、石油和有機物、炸藥、放射性核素等。土壤重金屬因易富集、難降解且毒性大，受到廣泛關(guān)注。重金屬來源途徑有以下3個方面，一是礦業(yè)污染，主要是煤炭業(yè)開采和發(fā)電生產(chǎn)產(chǎn)生的粉塵、尾礦等，通過空氣及水系進入土壤造成土壤污染；二是污水灌溉污染，工礦業(yè)產(chǎn)區(qū)、石油化工業(yè)及城市化生活區(qū)污水未經(jīng)處理而排放進入農(nóng)田灌溉造成土壤污染；三是農(nóng)業(yè)投入品（農(nóng)藥、化肥、植物生長調(diào)節(jié)劑等）不合理施用，造成土壤中重金屬污染及土壤板結(jié)等。在倡導(dǎo)綠色環(huán)保的發(fā)展理念下，有必要多舉措并施以減少土壤中重金屬等污染，因此，如何準(zhǔn)確檢測土壤中重金屬含量成為研究重點內(nèi)容。本文簡要介紹土壤重金屬檢測方法研究進展，并結(jié)合應(yīng)用實際，對土壤重金屬檢測方向進行展望，以期為環(huán)境監(jiān)測人員攻關(guān)檢測技術(shù)提供思路，進而將來為治理土壤污染提供有效的解決措施。

1 土壤重金屬檢測方法研究現(xiàn)狀

土壤中重金屬檢測法主要有物理方法、化學(xué)方法及生物方法，現(xiàn)簡要介紹每種方法并比較優(yōu)缺點，以期為不同重金屬元素檢測選擇適宜方法提供參考依據(jù)。

1.1……物理方法

根據(jù)重金屬的物理性質(zhì)，對土壤中的重金屬進行測定，主要包括X射線熒光光譜法、激光誘導(dǎo)擊穿光譜法、梯度擴散薄膜技術(shù)、測汞儀法等。

X射線熒光光譜法，是利用重金屬被激發(fā)至高能態(tài)所發(fā)射的特征波長與強度熒光而進行土壤重金屬成分定性或定量的研究方法。該方法的優(yōu)點為操作簡便、安全、分析速度快、靈敏度高、測定范圍廣、樣品保存完整性好。缺點為現(xiàn)場檢測準(zhǔn)確度低，并且存在電離輻射的危害。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜法，是將高能量脈沖激光聚焦到待測樣品表面誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體，等離子體在膨脹冷卻過程中發(fā)射特定波長的光，探測、采集這些發(fā)射光可獲得完整的光譜信號，對光譜信號進行分析即獲得待測樣品的成分和組成。該方法的優(yōu)點為操作簡單、分析速度快，可多元素同時分析。缺點為準(zhǔn)確度低、儀器成本高、背景干擾大等。

梯度擴散薄膜技術(shù)，是基于菲克第一擴散定律，通過測定重金屬離子在特定時間內(nèi)穿過梯度擴散層的擴散通量，計算出重金屬含量的方法。該方法優(yōu)點為原位、操作簡便、分辨率和準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好，且不易被土壤理化性質(zhì)所影響等。缺點為受結(jié)合相的影響，測定的重金屬有效態(tài)可能存在差異。

測汞儀法，是利用汞蒸氣對低壓汞燈發(fā)射的特征譜線吸收后強度減弱，經(jīng)光電檢測器檢測進而測定汞含量的方法。該方法的優(yōu)點為操作簡單、高效、可同時檢測多個樣品。缺點為儀器成本高、且測定元素單一，僅用于測定汞元素。

1.2……化學(xué)方法

根據(jù)不同重金屬元素選用相應(yīng)的酸體系，打破土壤礦物結(jié)構(gòu)，促使待測重金屬元素以離子態(tài)進行檢測的方法。包括三大類方法，分別為光譜法、色譜法、電化學(xué)法。其中光譜法主要有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等；色譜法主要有高效液相色譜法、離子色譜法；電化學(xué)法主要有極譜法、伏安法等。

原子吸收光譜法，是利用氣態(tài)原子具有吸收某種波長光輻射的特點，促使原子結(jié)構(gòu)的外層電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)來測定重金屬元素的含量。該方法的優(yōu)點為高效、快速、檢出限低、靈敏度高、干擾小、選擇性強等。缺點為程序復(fù)雜、操作繁瑣、且每次只能測定一種重金屬元素。

原子熒光光譜法，是利用重金屬原子吸收特定頻率的輻射能量后從基態(tài)激發(fā)至高能態(tài)，而在激發(fā)過程中發(fā)射出不同波長熒光的光輻射，通過測定熒光強度分析重金屬含量的方法。該方法的優(yōu)點為檢出限低、靈敏度高、干擾小、分析范圍寬泛、可同時測定多元素。缺點為線性范圍窄、熒光強度弱、散射光干擾等問題。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，是利用樣品被蒸發(fā)、原子化、電離并激發(fā)產(chǎn)生重金屬元素的特征譜線。它是一種由原子發(fā)射光譜法衍生出來的新型分析技術(shù)。該方法的優(yōu)點為檢出限低、靈敏度高、線性范圍寬、簡便、快速、可同時檢測多種元素。缺點為檢測成本高、干擾因子多等。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法，是根據(jù)被測元素通過一定形式進入高頻等離子體中，在高溫條件下電離，產(chǎn)生的離子經(jīng)過離子光學(xué)透鏡聚焦后進入分析器進行定量半定量分析。該方法的優(yōu)點為簡便快捷、精準(zhǔn)度高等。缺點為操作復(fù)雜，且樣品前處理易受污染。

高效液相色譜法，是采用高壓輸液系統(tǒng)，將一種溶劑或極性不同的多種溶劑、緩沖液等流動相注入裝有固定相的色譜柱，經(jīng)色譜柱分離后，再利用檢測器檢測分析。該方法的優(yōu)點為高效、快速、準(zhǔn)確、適用范圍廣泛并可同時檢測多種重金屬。缺點為樣品處理復(fù)雜，且存在“柱外效應(yīng)”。

離子色譜法，是利用被測樣品的離子性進行分離、檢測、分析的液相色譜法。該方法的優(yōu)點為準(zhǔn)確度高、靈敏度高、分析速度快、選擇性好、多組分同時測定和運行費用低等。缺點為檢測耗時長，檢測濃度范圍小。

極譜法，是通過測量被電解的土壤樣品溶液的電流-電位曲線進行定量和定性的方法。該方法的優(yōu)點為準(zhǔn)確度高、靈敏度高。缺點為樣品易被污染。

溶出伏安法，是利用電極電位的改變，使電極上富集的重金屬重新溶出，根據(jù)伏安曲線來進行分析的方法。該方法的優(yōu)點為準(zhǔn)確性好、分析速度快、靈敏度高、抗干擾能力強、重復(fù)性好。缺點為樣品易受污染、元素間易互相干擾。

1.3……生物方法

通過測定土壤中生物群落數(shù)量、結(jié)構(gòu)及對土壤重金屬的反應(yīng)進而評價土壤重金屬的污染情況。主要包括生物傳感器法、酶抑制法、免疫分析法。

生物傳感器法：利用微生物對重金屬濃度的敏感性，將重金屬濃度信號轉(zhuǎn)化為電信號，實現(xiàn)對重金屬含量的測定。該方法的優(yōu)點為自動化程度高、操作簡便、準(zhǔn)確度高。缺點為測試成本高、易受環(huán)境因子、微生物活性等影響。

酶抑制法：利用重金屬可與生物酶相結(jié)合的特性，通過測定酶活性進而評價土壤重金屬污染情況。該方法的優(yōu)點為操作簡便、檢測高效快速。缺點為只能測定幾種重金屬，且只能定性檢測。

免疫分析法：利用抗體與土壤中重金屬特異性結(jié)合的特點，測定重金屬含量的方法。該方法的優(yōu)點為準(zhǔn)確性高、靶向性強。缺點為抗體制備困難，成本高。

2 土壤重金屬檢測未來發(fā)展方向

2.1……高效智能化

隨著科技的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的土壤重金屬元素檢測手段已遠遠不能滿足檢測要求，未來檢測檢測將朝著智能化檢測方向發(fā)展。首先，檢測儀器設(shè)備將革新，表現(xiàn)在精密度提高、操作性更強，這種智能化將有效控制檢測成本，同時降低對檢測人員的技術(shù)要求。在軟件方面，將來儀器設(shè)備會研制更多人機交互的功能，比如儀器維護提醒、異常數(shù)據(jù)的識別、更多的醒目的潛在干擾提示，以及合理的推薦方案等（如干擾方程、多譜線選擇），讓使用者體力和腦力有效得到解放。

2.2……精準(zhǔn)化

現(xiàn)階段，土壤重金屬檢測手段和方法很多，但每種方法均有各自的優(yōu)勢及弊端，不能適應(yīng)于所有的重金屬檢測。隨著科技不斷進步，多種檢測方法開始聯(lián)合應(yīng)用于多種重金屬元素的同時測定，有效擴大了檢測范圍，同時大大提高了檢測的準(zhǔn)確度。未來，土壤重金屬檢測將進一步向精準(zhǔn)化方向發(fā)展，例如在土壤檢測有色金屬時，需要將現(xiàn)場檢測結(jié)果同實驗室檢測結(jié)果相結(jié)合，綜合分析土壤中有色金屬含量。在現(xiàn)場測定時，要求獲取的數(shù)據(jù)具有直觀性、準(zhǔn)確性，為研判土壤有色金屬含量提供更好的準(zhǔn)確性。同時，在現(xiàn)場收集土壤樣品并返回實驗室進行測定時，要及時處理樣品，選用耗時短的檢測方法，提高檢測效率，避免環(huán)境等條件對土壤產(chǎn)生二次污染影響測定結(jié)果。最終，要保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。