土壤重金属快速监测技术分析及应用

2019-01-20谢志峰赵金柱李小娟邵佳慧

资源节约与环保 2019年12期

谢志峰赵金柱李小娟邵佳慧

（河北建材职业技术学院河北秦皇岛 066000）

引言

重金属会对土壤造成严重的污染，危害程度比较大，为了更好地了解土壤中重金属物质的含量，需要对土壤中的重金属成分进行检测和分析。原多采用化学分析方法，例如，电化学法、原子吸收光谱、分光光度法等，需要检测部门购置成本较高的仪器设备，还需要做好前期的处理工作，检测流程比较复杂，重金属检测效率不高，应用的有机试剂还会对生态环境造成污染，很难满足对环境应急检测的需要，需要采用便捷、快速地土壤重金属检测设备及仪器，实现对土壤的快速检测。

1 土壤重金属快速监测方法

1.1 激光诱导击穿光谱法

该技术为光谱分析领域中新型的激光烧蚀光谱分析技术，应用物质等离子体发出光线来对物质成分进行探测分析的技术。激光经过聚透镜后会产生聚集现象，高峰值及功率密度会导致检则样品产生气化、电离，从而生成温度较高、能量较大的等离子体，从而放射出原子和离子光谱，光学系统收集光谱之后发送到光纤进行耦合，进入到光谱分析仪的入射狭缝当中，形成的数据被采集之后输送到计算机处理系统，对物质的光谱进行分析就可以获得检测物质的成分和浓度。该技术与传统技术有着较大的差别，可以在相同时刻对多种元素进行定性、定量地分析，多种状在态的物质均可以庆用，不再进行复杂的样品处理，被检测样品二次污染的概率较小，可以进行持续性监没，有着较高的分析效率，为一种非接触式无损检测。但该种检测办法成本较高，被检测样品具备的特性会对检测精度产生影响。

1.2 X射线荧光光谱法

该技术是应用被检测样品对X射线的吸收，根据成分及含量的改变进行定量、定性方面的分析，在很多元素分析检测技术当中，XRF检测分析技术应用的较早，可以对多种元素进行分析。采用X射线用于激发和照射待检测试样，从而使样品内的元素形成特征X射线，结合荧光波长及能量来检测元素浓度及类型。此种检测办法可以对样品直接进行分析检测，不会对样本进行污染和破坏，有着较快的检测速度和很高的稳定性，可以进行现场检测分析。最近一些年来，XRF检测技术取得了新的进展，比例，X射线微荧光分析、全反射X射线荧光分析等，新技术的应用使得检测灵敏度得到大幅提升，不需要提取大量的样品，进行定量分析比较简单，全反射X射线荧光分析技术可以更好地应用到重金属检测领域。

全反射X射线荧光分析是对能量色散射线荧光分析技术的改进，幅射背景较低，而峰背比很高，检出限可以达到以pg级。入射及反射角度都不高，不会形成较深地穿透，可以避免产基本效应。与XRF技术进行比较来看，XRF技术入射角约为45度X射线来对被检测样品进行激发，而全反射X射线荧光分析技术以0.1度的入射角来对样品进行激发，可以把样品放置到载体中，原级射线经过全反射处理作用到载体表面，从而形成全反射X射线荧光，利用放置到样品中的硅或锂探测器来完成检测，该技术的痕量分析可以取得较好的效果，有着很好地应用前景。

1.3 酶抑制法

利用该技术来对重金属成分进行检测，是应用重金属离子和酶活性中心内的甲巯基等进行结合，使得酶活性中心结构方式及具备的性质产生了改变，从而使酶活力降低，会导致底物-酶形成改变。可以使吸光度、显色剂颜色等出现变化，利用电、光等信号来进行定量、定性方面的检测和分析。很多酶已经被应用到重金属检测当中，主要有葡萄糖氧化酶、脲酶等，应用酶抑制法多采用水质内的重金属离子成分的检测和分析，利用该技术对土壤重金属进行检测，需要对土壤样品进行前期地处理。此技术十分方便，具有较高的技术经济性，在现场检测中应用较广，但不具备较高的精度和灵敏度。把不同类型的酶作为识别元件，再配合转换元件和浓度传感器，可以解决单一酶分析法的缺点。

1.4 免疫分析法

该检测方法有着较高的灵敏度和特异性，按照抗原及抗体反应原理，通过已知的抗原检测来对抗体进行检测。普遍采用的免疫学检测技术有酶联免疫吸附技术、免疫荧光技术等，此技术具备的灵敏度要高于原子吸收光谱法。利用该技术对土壤重金属进行检测，需要做好下面几项工作：（1）选取合理化合物来实现与重金属离子的结合，可以得到相应的空间结构，从而得到反应原性。（2）把重金属离子形成的化合物，与载体蛋白进行连接，从而形成免疫原性。确定最为合理的化合物决定着是否形成特异性抗体。优先选择特异性良好的单克隆抗体、螯合剂是将来的发展趋势。该种检测技术的选择性较高，可以实现较高的灵敏度，检则效率较高，在土壤重金属检测方式有着较好的应用前景。

1.5 生物传感器分析法

该技术利用特异性蛋白、酶等作用于电极、生物膜中，可以对重金属物质进行迅速地检测。应用生物识别特点，实现与被检测物质的结合，形成的变化情况信号经过转换器处理后，可以被采集系统获取到光、电信号，通过信号来对被测检物质含量进行分析。重金属检测领域当中已经开发出细胞传感器、免疫传感器、酶生物传感器等。免疫传感器有效地扩展了重金属离子检则的应用范围，功能DNA传感器为土壤重金属快速检测提供了新型技术。传感器具有较高的稳定性和灵敏度，可以进行快速检测分析，还有着较高的选择性，但在同时检测多种重金属成分存在着较大的困难。但实际上，土壤样品中具有多种重金属物质，应用不同酶来对重金属离子进行识别，是将来的生物传感器发展方向。

2 土壤重金属快速监测仪器

2.1 激光诱导击穿光谱仪

采用激光诱导击穿光谱技术，可以在实验室条件下和现场来对土壤重属进行快捷地检测。随着科技进步，一些稳定性高的激光器、分辨率光谱分析仪和应用软件被研发出来，LIBS也得到了较快的进步，可以用到实验室及现场分析，不再对被检测样品进行处理即可进行检测，内部安装有双摄像头，采取微秒级的时序分析控制办法，可以进行微米级的深度分析和检测，该检测仪器的可靠性高，可以满足土壤重金属快速检则的需要，形成的激光源不会对人眼造成伤害，在数秒钟时间内完成检测和分析。

2.2 X射线荧光光谱仪

该技术需要对待检测样品进行单易处理，检测步骤较少，可实现无损检测，在土壤重金属筛查方面广泛应用。NITONXL3t 600X射线荧光光谱分析仪，可以达到更高的精度，对土壤样品检测只需要120-200秒。X-MET 5000分析仪，可以对轻元素的干扰进行处理，对土壤重金属进行快速地分析。全反X射线荧光光谱仪，有着更好的灵敏度，结构小巧紧凑，方便检测人员携带。