土壤重金屬檢測方法分析

孫冰

安徽省建筑材料科學(xué)技術(shù)研究所有限公司

一、引言

土壤是自然的饋贈(zèng)，同樣也是人類生存的前提。生產(chǎn)力的解放讓人類活動(dòng)不斷擴(kuò)大，加快了工業(yè)化的進(jìn)程，但是土壤重金屬污染問題同樣也客觀存在，嚴(yán)重影響生活的質(zhì)量。重金屬指的是相對(duì)密度大于4或5的金屬元素，常見的重金屬包括鋅、銅、鎳等，如果在工業(yè)發(fā)展中不能對(duì)重金屬進(jìn)行有效的管控，就會(huì)造成極大的污染問題，受到來源不同的影響，可以將污染源分為人為因素和自然因素兩大類，前者是發(fā)展過程中的不當(dāng)行為而造成的污染問題，包括生活廢棄物、化石燃料燃燒等，對(duì)于土壤重金屬污染影響深刻。后者則是因?yàn)樽匀蛔兓纬?，例如火山噴發(fā)、地殼巖石風(fēng)化等，此類情況雖然會(huì)產(chǎn)生重金屬，但是整體含量較低，并不會(huì)造成嚴(yán)重的污染問題。重金屬是客觀存在的，污染問題也會(huì)長期存在。如果重金屬含量超標(biāo)，無法通過土壤進(jìn)行降解，人類在食用食物的時(shí)候，容易將重金屬攝入體內(nèi)，危害身體健康。近年來，重金屬污染事件頻頻發(fā)生，尤其是在食品領(lǐng)域，已經(jīng)對(duì)人的身體健康造成了極大危害，所以必須高度重視重金屬檢測問題，以此來減少重金屬的危害，但是如何檢測卻是現(xiàn)實(shí)當(dāng)中必然要面臨的問題。隨著科技的不斷發(fā)展，檢測土壤重金屬的方法也變得多種多樣，紅外光譜、原子吸收光譜等，為進(jìn)一步了解土壤中重金屬檢測情況，文章將簡要敘述常見方法及具體特點(diǎn)，以此來為土壤重金屬檢測提供更多參考。

二、土壤重金屬危害

1.影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)

土壤是農(nóng)作物生長的基礎(chǔ)環(huán)境，如果土壤存在重金屬污染，農(nóng)作物的生長必然會(huì)受到影響，品質(zhì)產(chǎn)量都會(huì)大打折扣，而且當(dāng)人食用此類農(nóng)作物的時(shí)候，同樣也會(huì)影響自己的身體健康。舉例來說，土壤中鎘元素超標(biāo)，鎘元素進(jìn)入植物體之后，便會(huì)破壞葉綠素結(jié)構(gòu)，土壤根系的吸水能力會(huì)受到影響，不僅無法吸收土壤中的養(yǎng)分，同樣也會(huì)影響光合作用的開始，嚴(yán)重影響自身的生長。鉛元素對(duì)于植物的影響在于光合作用，脂肪代謝能力弱化，而且還會(huì)消耗更多的氧氣，甚至?xí)斐纱竺娣e的植物死亡。更有甚者，植物生長在重金屬超標(biāo)的土壤環(huán)境之下，植物果實(shí)同樣也會(huì)含有重金屬元素，人類食用了此類食物，就會(huì)因?yàn)橹亟饘俪瑯?biāo)而發(fā)生各種疾病，鎘元素超標(biāo)會(huì)造成心腦血管疾病，汞元素超標(biāo)會(huì)損害肝臟功能。受到生理結(jié)構(gòu)的影響，人體很難排除重金屬，重金屬的長期攝入，必然影響自身的身體健康，如果超出特定標(biāo)準(zhǔn)就會(huì)造成死亡。

2.影響微生物群落

土壤是微生物的生活環(huán)境，他們是自然生態(tài)圈的重要組成部分，重金屬含量超標(biāo)的時(shí)候，微生物的生存環(huán)境會(huì)被破壞，整體數(shù)量的減少無法發(fā)揮出微生物有益菌群的作用，減弱其呼吸功能，嚴(yán)重影響自然生態(tài)圈的運(yùn)行。研究結(jié)果顯示，鉻元素超標(biāo)會(huì)造成土壤中生物和酶活性，如果土壤受到了重金屬的污染，生存環(huán)境的改變，不適合微生物繼續(xù)生存，不僅會(huì)導(dǎo)致微生物數(shù)量的大大降低，同樣也會(huì)改變微生物群落構(gòu)成，優(yōu)勢群內(nèi)的比例嚴(yán)重降低，難以展現(xiàn)出微生物的多樣性和均勻性。重金屬污染一旦形成，無法依靠土壤本身恢復(fù)原貌，嚴(yán)重影響動(dòng)植物微生物的生長，甚至?xí)?yán)重影響人類的生存以及健康。

三、調(diào)查研究目標(biāo)區(qū)域

為了解土壤受污染情況，需要根據(jù)需求對(duì)受污染區(qū)域進(jìn)行精細(xì)化的檢測，以此來充分了解土壤污染的具體類型以及含量，精準(zhǔn)掌握污染情況。在進(jìn)行檢測之前，首先需要初步確定嚴(yán)重的土壤污染區(qū)域，同時(shí)采取實(shí)地調(diào)研的方式了解土壤受污染情況，具體路徑包括觀察農(nóng)作物的生長、觀察樹木成長情況、加強(qiáng)與周邊居民的溝通交流等，由此來對(duì)土壤污染情況進(jìn)行整體性的感知，以此作為土壤檢測區(qū)域規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，明確檢測方法，同時(shí)做好相應(yīng)的設(shè)備準(zhǔn)備。

四、目標(biāo)地的取樣調(diào)查

劃定基本檢測區(qū)域之后，首先需要完成取樣工作，該項(xiàng)工作由專業(yè)的檢測人員進(jìn)行，明確土壤監(jiān)測區(qū)域之后，需選擇具有代表性的土樣。樣品選擇過程中，首先需要明確測定區(qū)域，選擇均勻分布的土壤，由此來保證樣品具有代表性和典型性，能夠充分展示土壤受污染情況，同時(shí)也可以通過樣品來充分呈現(xiàn)現(xiàn)場的實(shí)際污染情況。技術(shù)人員在取樣時(shí)，首先需要準(zhǔn)備地圖，標(biāo)注具體的取樣地點(diǎn)，方便后期土壤污染分布圖的編制，保證數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。完成取樣工作之后，需要對(duì)土壤樣品進(jìn)行簡單的處理，處理對(duì)象包括垃圾、水分以及其他雜質(zhì)。水分的處理大多采取自然晾干方式，雜質(zhì)的分離需要做好準(zhǔn)備，確保過濾、篩選等相關(guān)措施落實(shí)到位，保證樣品的干燥性以及清潔度，完成處理工作之后需做好保存進(jìn)行重金屬檢測。

五、土壤重金屬檢測技術(shù)

1.光譜檢測技術(shù)

光譜檢測技術(shù)具有靈敏度強(qiáng)的特點(diǎn)，在土壤重金屬檢測當(dāng)中得到了廣泛的運(yùn)用，但是該種檢測方式同樣也存在明顯缺陷，技術(shù)操作流程復(fù)雜、檢測成本高、檢測時(shí)間長，同時(shí)也對(duì)檢測人員的專業(yè)能力和綜合素質(zhì)提出了更高的要求。光譜檢測有賴于X射線，如果存在較強(qiáng)的電離性，在檢測過程當(dāng)中，很有可能損害操作人員的身體健康，所以選定光譜檢測方法之后，操作人員首先需要配備相應(yīng)的防護(hù)裝置，熟練掌握具體的操作步驟，保護(hù)自身的健康。值得注意的是，光譜檢測技術(shù)在實(shí)踐當(dāng)中的運(yùn)用，難以對(duì)土壤重金屬進(jìn)行快速準(zhǔn)確檢測，所以在現(xiàn)場檢測時(shí)，紫外線可見光光度法也十分常用。

2.電化學(xué)分析檢測技術(shù)

通過與光譜檢測技術(shù)的對(duì)比，電化學(xué)檢測技術(shù)的安全性能更高，技術(shù)原理是通過電化學(xué)傳感器對(duì)重金屬物質(zhì)進(jìn)行檢測。伴隨著科技的不斷發(fā)展，電化學(xué)檢測設(shè)備基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，在進(jìn)行重金屬污染區(qū)域檢測時(shí)，能夠保證檢測的準(zhǔn)確性和快速性。相較于其他的檢測技術(shù)而言，電化學(xué)檢測技術(shù)操作更加簡單，但同樣也存在缺陷，檢測時(shí)容易受到土壤污染物的影響，如果不對(duì)其進(jìn)行管控，檢測結(jié)果準(zhǔn)確性會(huì)大打折扣，數(shù)據(jù)價(jià)值同樣也會(huì)受到影響。所以在實(shí)際運(yùn)用的過程當(dāng)中，需要進(jìn)一步優(yōu)化改良電化學(xué)分析檢測技術(shù)，提高其抗干擾能力。

3.新型檢測技術(shù)

（1）生物傳感器檢測技術(shù)。該方法的作用機(jī)理在于對(duì)金離子進(jìn)行有效運(yùn)用，通過與電極特異性蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)來改變其結(jié)構(gòu)，并且通過電容信號(hào)傳感器對(duì)土壤當(dāng)中的重金屬物質(zhì)進(jìn)行定量檢測，能夠讓操作人員充分了解土壤重金屬的具體含量變化。該方法在使用過程中能夠通過生物傳感器對(duì)水溶液當(dāng)中的毒性化合物含量進(jìn)行精準(zhǔn)檢測，但是實(shí)踐運(yùn)用當(dāng)中同樣也有一定的缺陷，對(duì)生物活性和技術(shù)有更高要求，所以在實(shí)踐當(dāng)中的推廣十分受限。

（2）酶抑制檢測技術(shù)。重金屬離子和酶活性因子相遇的時(shí)候，會(huì)發(fā)生甲硫酸反應(yīng)，該技術(shù)的作用機(jī)理便在于此，重金屬的存在會(huì)改變酶活性因子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，同樣也會(huì)降低酶的活力。酶抑制檢測技術(shù)在運(yùn)用過程中可以準(zhǔn)備相應(yīng)的儀器，但是該方式很難直觀觀察金屬粒子等變化情況，所以需要通過光電信號(hào)來對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)展現(xiàn)，所以該項(xiàng)技術(shù)在食品、環(huán)境等重金屬檢測當(dāng)中得到了廣泛的運(yùn)用。

（3）免疫分析檢測技術(shù)。該技術(shù)充分利用了化合物與重金屬離子之間的綜合性原理，具有靈敏性高的特點(diǎn)。免疫分析檢測技術(shù)在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，為了保證氧化還原反應(yīng)能夠充分完成，必須預(yù)留相應(yīng)的空間結(jié)構(gòu)，由此來保證免疫反應(yīng)能夠得以充分地發(fā)揮。除此之外，該方法在運(yùn)用過程中，重金屬粒子的檢測時(shí)可采用特殊抗體，通過綜合性檢測來保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。

六、土壤重金屬污染治理技術(shù)

1.物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)方法多種多樣，其中包括去土換土、土地深耕等，該技術(shù)在實(shí)踐當(dāng)中的運(yùn)用能夠保證去除土壤重金屬的高效性，但是該項(xiàng)工作工程量非常大，需要投入大量的人力和資金，在進(jìn)行修復(fù)時(shí)，同樣也會(huì)對(duì)農(nóng)田造成一定的破壞，所以物理修復(fù)技術(shù)通常被運(yùn)用在污染面積小的區(qū)域當(dāng)中。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，電動(dòng)修復(fù)也應(yīng)運(yùn)而生，該方式不僅更加的便捷快速，而且控制更加方便，具有成本節(jié)約的效果，并不會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成損壞。工作人員在治理過程中，首先可以將兩個(gè)電極插入到重金屬污染的土壤當(dāng)中，通過直流電壓，讓重金屬粒子發(fā)生轉(zhuǎn)移和富集情況，然后在另一端析出。該方法適用于滲透性低的黏土地質(zhì)，如果存在容易揮發(fā)的過程，例如Se等，可以采用熱處理修復(fù)技術(shù)，該方法操作更加簡單便捷，但是對(duì)于電能的消耗非常大，甚至?xí)绊懲寥澜Y(jié)構(gòu)，所以在實(shí)踐當(dāng)中的運(yùn)用很少。

2.化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)常用的方式是化學(xué)淋洗技術(shù)和穩(wěn)定固化修復(fù)技術(shù)。前者在技術(shù)應(yīng)用時(shí)，首先需要做好土壤受污染的評(píng)測工作，了解重金屬的含量以及種類，同時(shí)選擇相應(yīng)的淋洗液，洗去土壤當(dāng)中的重金屬物質(zhì)，該種方式操作非常簡單，但對(duì)土質(zhì)有很高要求，如果沒有選擇合適的林洗液，甚至?xí)斐啥挝廴荆⒉皇窃谒薪M織當(dāng)中都適用。后者是有效控制重金屬的釋放量，降低物質(zhì)的遷移性，避免重金屬被植物內(nèi)部吸收，阻斷其傳播路徑，避免影響人體健康，常用的修復(fù)材料包括石灰、電廠灰等。但是該方法在運(yùn)用時(shí)，并不能夠達(dá)到永久修復(fù)的目的，也無法對(duì)重金屬進(jìn)行完全的清除。例如，汞類重金屬污染物在處理過程中，首先可以將鹽水溶解到沸水中，然后冷卻兩小時(shí)，加入硝酸—重鉻酸鉀存液，隨后上機(jī)檢測硫酸—重鉻酸鉀稀釋液。重金屬的類型是多種多樣的不同元素的特性并不相同，所以在污染物處理時(shí)，處理的方法并非理論上描述的那樣簡單，往往技術(shù)操作性更加的復(fù)雜，而且不同的重金屬采取的處理方法，同樣也會(huì)存在一定的差異性。值得注意的是，穩(wěn)定固化修復(fù)技術(shù)的基本流程就是鹽酸—硝酸—?dú)浞帷呗人?。該種方式在使用過程中，為了保證施液融入全部待測元素當(dāng)中，會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底的破壞，但在實(shí)操過程中，同樣還會(huì)面臨更加復(fù)雜的消解流程，尤其是電熱板的溫度控制難度非常大，加酸的時(shí)間點(diǎn)、酸的濃度要求高，所以控制難度更大。在進(jìn)行操作時(shí)，如果無法實(shí)現(xiàn)完全消解，就需要多次加入相對(duì)的酸，對(duì)技術(shù)操作能力要求非常高，該項(xiàng)工作應(yīng)由專業(yè)人員負(fù)責(zé)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)流程對(duì)其進(jìn)行執(zhí)行。為此在操作過程中必須保證操作人員具有較高的檢測技術(shù)水平，而且整體經(jīng)驗(yàn)豐富。如果酸加得過量，就會(huì)對(duì)消解時(shí)間進(jìn)行延長，甚至?xí)p失部分金屬，如果消解不完全，會(huì)破壞礦物晶體，這些都會(huì)嚴(yán)重影響檢測結(jié)果的精準(zhǔn)性。

3.生態(tài)修復(fù)技術(shù)

生態(tài)修復(fù)指的是通過生態(tài)技術(shù)來達(dá)到土壤修復(fù)的目的，可以采取種植吸收重金屬的植物，通過食物鏈模式來減少或去除重金屬物質(zhì)含量。該技術(shù)在使用過程中，需要對(duì)農(nóng)作物的種類進(jìn)行有效調(diào)整，科學(xué)施加有機(jī)肥，常見的方法便是對(duì)土壤pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，適當(dāng)改變水分以及養(yǎng)分，減少重金屬含量，相較于其他方式而言，生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)環(huán)境影響更低，資金投入更少，技術(shù)較為成熟，但是修復(fù)時(shí)間更長。

七、土壤中重金屬元素檢測工作的未來發(fā)展趨勢

1.智能化發(fā)展

社會(huì)的不斷發(fā)展促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，同時(shí)也為土壤重金屬元素的檢測提供了更多的選擇，伴隨著檢測儀器的不斷更新，很多儀器設(shè)備在實(shí)踐當(dāng)中的使用都發(fā)生了很大的變化，極大提高了重金屬原則檢測的精準(zhǔn)性，而且儀器在實(shí)踐當(dāng)中的可操作性也非常高。隨著科技的不斷發(fā)展，重金屬檢測儀器同樣也會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，智能化是未來的主要方向，不僅能夠提高檢測過程的自動(dòng)性，同時(shí)也可通過儀器設(shè)備的使用，減少對(duì)操作人員的技術(shù)要求，達(dá)到對(duì)檢測過程的科學(xué)控制。就目前來看。土壤重金屬檢測是一項(xiàng)系統(tǒng)性的工作，該項(xiàng)工作的開展必然面臨著大量的成本消耗，尤其是在檢測儀器使用方，這也影響了智能化檢測設(shè)備在實(shí)踐當(dāng)中的有效應(yīng)用。通過對(duì)未來發(fā)展情況的分析，如何降低并壓縮土壤重金屬檢測儀器的使用成本將是土壤重金屬檢測當(dāng)中的重點(diǎn)工作，同時(shí)也需要技術(shù)的優(yōu)化來進(jìn)一步促進(jìn)土壤重金屬檢測工作的開展。

2.精確化發(fā)展

通過對(duì)前文分析情況的進(jìn)一步整合，可以發(fā)現(xiàn)土壤重金屬元素檢測在實(shí)踐當(dāng)中得到了有效運(yùn)用，而且檢測方法也多種多樣，不同的方法適用于不同的范圍，既存在優(yōu)點(diǎn)，同樣也會(huì)存在缺點(diǎn)，隨著技術(shù)的不斷前進(jìn)，更多的檢測方法會(huì)被運(yùn)用到土壤重金屬的檢測過程當(dāng)中，不僅能夠保證檢測的便捷性，同時(shí)也能夠保證檢測的精度，這也使得檢測工作的開展更加的便捷。為了保證土壤重金屬元素檢測工作的有效開展，必然需要高度重視儀器設(shè)備的精準(zhǔn)化，這也是檢測工作未來的發(fā)展動(dòng)向，舉例來說，在進(jìn)行土壤有色金屬檢測時(shí)，需要通過現(xiàn)場檢測和實(shí)驗(yàn)檢測兩重結(jié)果比對(duì)，通過結(jié)果數(shù)據(jù)的對(duì)比分析來得出綜合性的結(jié)果，保證檢測結(jié)果的精準(zhǔn)性。當(dāng)然在實(shí)驗(yàn)檢測時(shí)，化學(xué)試劑的使用很容易對(duì)土壤造成二次污染，為了避免這一情況出現(xiàn)需要縮短檢測時(shí)間，而且數(shù)據(jù)的獲取是一個(gè)直觀的過程，必須從實(shí)踐情況出發(fā)，綜合分析土壤所處位置來判斷具體的參數(shù)，保證結(jié)果的精準(zhǔn)性。

八、結(jié)語

綜上所述，科技的不斷發(fā)展，讓土壤重金屬檢測工作的開展更加方便，同時(shí)也誕生了大量的檢測技術(shù)，例如，PXRF法、AAS法等，不同技術(shù)在實(shí)踐當(dāng)中的運(yùn)用各有特點(diǎn)，同時(shí)也有其適用范圍。通過前文的分析可以了解到檢測手段的優(yōu)缺點(diǎn)非常明顯，為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須根據(jù)工程實(shí)際，選擇具有針對(duì)性的檢測方法，而且檢測技術(shù)人員需要提高認(rèn)識(shí)，不斷提升自身的操作能力，進(jìn)一步推動(dòng)土壤重金屬檢測技術(shù)的智能化、科學(xué)化發(fā)展。