土壤重金属检测技术研究现状及发展趋势探微

2021-01-05李显歌

中国金属通报 2020年12期

李显歌

（南阳农业职业学院，河南南阳 473000）

土地是人们进行一切活动的根源，人们在土地上生活工作学习，所食用的食品，所喝的水源都离不开土地。尤其是对我国农业有着至关重要的影响作用，人们日常所食用的蔬菜水果主食都生产于土壤之中，包括我们日常所饮用的水源也与土壤有着息息相关的联系[1]。对此国家应该大力重视土壤重金属检测技术，加大对土壤重金属检测技术的研究和投入，也是为人们的食品健康安全以及生态环境添加了一种保障。

1 研究土壤重金属检测技术的原因

土壤重金属污染问题是我国大力发展经济所遗留的一个重要问题，不只局限于一处，在我国各个地方都存在着这个问题。重金属污染最大的特点就是没有颜色没有气味，长期污染着土壤，会给土壤造成极大的伤害，也影响着农作物和畜牧业的发展，也侵蚀着我们所饮用的水源，一开始的时候可能没有任何的反应，但时间一长，会给人们的身体造成极大的伤害。举一个例子，一个化工厂周围的人们莫名得了一种怪病，脸上出了很多斑点，还没有力量，当地的医疗水平也并不是很先进，医生们不能及时的了解他们患病的原因，慢慢的出现了有人患病死亡的事件[2]。国家得知了这里的疫情，便组织了一支医疗团队进行救援，后来得知这里的土地受到了严重的金属污染，他们所使用的食品水源都受到了污染，长期的食用这些食品和水源，造成了他们的身体中毒，威胁着他们的人身健康安全。为了保护人们的身体健康安全，为了保护农作物可以安全的生产，势必要加大对土壤重金属的检测，控制好土壤重金属污染问题。

2 重金属污染土壤的介绍

如果土土壤中所含的金属比重大于5的话，被重金属所污染的土壤。重金属土壤中的中金属成分主要是铅、铜、锌、钴等拥有一些有害成分的重金属，这些重金属成分不容易被自然分解，会长期的残留在土壤当中，危害土壤中的微生物的生存，破坏土壤中的营养成分，影响土壤以后的使用。重金属还会由土壤转移到农作物之中，会严重危害人们和动物的身体安全[3]。

3 重金属检测常规方法

3.1 光谱检测方法

随着科学技术的飞速发展，使得基于光与物质间相互作用建立起来的分析检测土壤重金属方法得到业界普遍认可，并且取得显著的成效。是依据光的吸收、发射、散射等作用，通过运用光学仪器检测出具体情况，然后再进行深入研究分析，从而得出土壤中重金属含量。

图1 光谱检测法

主要包括原子吸收、发射光谱法、原子荧光光谱法、离子体发射光谱法、激光诱导击穿光谱法、X射线荧光光谱法以及分光光度法等。在实际工作中要坚持具体问题具体分析原则，这样会更加具有针对性，起到事半功倍的效果，对于土壤中重金属含量检测更加准确，了解到具体情况。

3.2 电化学检测方法

（1）离子选择性电极法。原理是将溶液中某种特定离子的活度转化成一定电位的能力，其电位和溶液中给定离子活度具有一定的内在联系，通过分析这种特定关系可以得出金属含量的多少，操作起来非常简单方便。

（2）极谱分析法。用特定的滴汞电极作为工作时所用的电极，通过测定电解反应过程中的电流、电压，根据二者之间关系进行定量分析的方法，同时应用比较广泛地技术还有极谱催化波、单扫描及脉冲极谱法等，都可以发挥出有效的作用。

（3）电位溶出分析法。在恒电位的条件下让被测物质预先经过电解并逐渐富集在工作电极上，然后使用一些化学试剂或者附加电流让富集的待测物质发生氧化还原反应溶出，在过程中要记录好电极电压E随着时间t变化的曲线，最后进行分析的方法。

4 目前我国所使用的土壤重金属检测技术

我国现在的科学技术发展水平已经可以去检测土壤中的重金属成分，并且发明出很多种有关土壤重金属的检测技术，不只是可以从宏观的现象去观察出重金属因素，还可以从微观的角度去检测中金属成分。也利用很多原理，对土壤中金属检测技术进行分类，从这些检测技术的优势和不足再结合所检验的土质情况，进行选择使用哪种检测技术。

4.1 关于重金属污染土壤的光学检测技术

所谓的光学检测技术，通过表面含义理解指光能和重金属物质两者间互相作用产生的一种检测技术。人们都知道光是万物的生命之源，拥有着太多的功能了，科学家们便利用光不同的功能和性质做了众多的实验，去检测关于土壤被重金属所污染的问题，发明出了很多检测技术，又可以细致的分为很多种，比如说原子光谱，X射线荧光光谱，离子体发射光谱，导击光谱等等，每一种技术都有每一种技术的特点优势和不足，采取针对性的技术应用，在重金属污染土壤之中将会达到最佳的功效，可以精准的检查出土壤成分中的重金属元素。而主要常用的是原子光谱法，也是在我国土壤成分检测之中使用最多的一种技术，因为它方法比较多，可用的区域也比较的多。由三种方法所组成，分别是原子荧光光谱法以及原子吸收光谱法。其中最便捷的检测技术是分光光度法，这种方法是科学家根据波线定理，选择一个特定的波长，去观察土壤内各种重金属成分吸收光的强度，呈现出它们吸收光不同的反应。分光光度法的优势就是抵抗其他物质干扰的能力比较强，自身的敏感度比较高。所以使用的范围也是相当挺广的，工作人员操控起来也很方便。但由于我国目前的科学技术还不是特别的搭档，制造这项技术的设施设备所需要的成本比较高，一般的工厂是引入不到这种设备的，这也是这个技术的局限性之一，相信在以后的发展之中，科学家们会发明出性价比较高的设备去搭配这项技术，让这项技术在我国更好的推广出去。

4.2 关于重金属污染土壤的电化学检测技术

电化学反应也是用来测查土壤内重金属成分的方法之一，原理是依照各种金属元素对电化学的反应性质来作为分析条件。这种技术是有现社会的化学和现社会的仪器设备结合而产生的，技术的优点是速度比较快，灵活性比较高。检查测试的方法是依靠设备电压的高低，电流的快慢以及电脑的功率和电量等等。现在根据电化学所研发出的检查测试方法有极谱分析法、溶出伏安法等等。这种方法与上一个光能检测方法不同的是，可以同时针对很多种重金属物质进行检查和测试。同时电化学检测技术也有它的不足，就是关于样品处置的问题，在处置样品的期间，有可能会产生在此污染的问题。也是因为这个原因，以至于这种技术只能使用在科学研究工作当中。

4.3 关于重金属污染土壤的生物检测技术

在众多的检测技术当中，生物检测重金属污染土壤的技术应该是检测技术中的一支清流，采取生物反应去进行检测土壤中的重金属物质，是目前较新的一种土壤检测技术。其中使用的最多的应该是酶分析法与生物传感器。酶分析法主要是利用酶的活跃性检测出土壤中重金属的成分与含量，最大的优点应该是在不破坏自然环境的条件下，以酶的活跃性来降解金属中的毒性。需要的费用也比较低，具有低成本的优点，还可以敏感的反应出检查成果。但他也有一个很大的局限性，不能随时随地的进行检测，要在特定的环境下去进行检测，并且检测出的精准度也不是很高，不适合应用于我国现在的技术之中，同时也不建议去推行这门技术。生物传感器检测技术是利用生物和检测的材料相互联系在一起，再用科学的方式将这些材料转变成光或者是电，照射在土壤之中，分析出土壤中重金属的元素和物质。但这一个方法也有一个很大的局限性，是因为生物所存活的时间是太短，而这一个技术的核心之处就决定于生物的活动性能。因此这一门技术也不适合推广到社会当中。

5 新型土壤重金属检测技术

5.1 高光谱分析检测技术

这是是比较先进的一种检查土壤中重金属成分的技术，其原理是使用遥感来获得信息，并且根据高光谱的分辨率以及光波的变化，去检测和预示土壤中重金属的数量，高光谱分析检测技术具有快速、零接触、大范围的特点。还不会对土壤造成任何的伤害，与传统的检测技术相比，要方便了很多，还加快了工人们的工作效率，可以在较短的时间内检测更多的土壤。其检测过程也很简单，只要在土壤的现场利用光谱确定重金属的成分，然后再针对不一样的成分去进行相对应的测定。

5.2 大赫兹光分析检测技术

这种检测技术目前也只是在研究之中，研究的具体成果比较稀少，只能是用在很小的范围之中，还受很多因素的影响，使用时受到的限制也有很多。但目前这是一项最先进的检测技术，其原理是分子原理介于分子与分子之间的相互作用，所产生的共鸣而引发的能量吸收特点。如果将这项技术研究成功，便可以在很短的时间内做的大范围的土壤污染检测工作之中，就着大规模、光速的优点，相信在未来的土壤检测工作中，这项技术会得到应用。

5.3 环境磁学检测技术

所有的物质都含有一些磁性，便可以依照这些磁性所产生的物理效应去进行分析检测工作。可以磁场测定物质的数量，测定物质的成分以及测定物质的特性等等，所以便可以利用磁场来了解土壤中金属的成分以及含量。磁场检测方式是一种比较快捷，比较方便，性比价也比较高的一种技术。在进行检查时，不会对土壤造成任何的伤害，也不需要太多的人力和物力。在节省能源的同时也提高了经济效益，是一种可持续发展的技术。但目前这种技术也只是在实验之中，并没有真正的推广到市场之上，相信在未来的时代之中，这项技术一定可以应用到实际操作之中，为土壤的检测提供更加精准的数据。

6 研究土壤重金属检测技术的意义

如果土壤一直被重金属所污染，就会造成整个生态系统混乱，威胁人们健康的生活。由此可见土壤的健康与人们的健康有着至关重要的联系，也与整个自然环境有着重要的影响，为了维护整个生态系统保持良好的循环，为了保护我们的身体健康不受到伤害，非常有必要去研究土壤重金属检测技术，也非常有必要跟随着我们时代的发展，去对这项技术进行改良和创新。因为随着时代的发展，为了给人们提供更好的生活品质，会出现各种新型的金属，如果还使用着传统的检测技术都无法检测出现代的金属物质，也不能判断出这些物质的成分和特性，影响对土壤的修复，所以一定要让土壤检测技术跟随时代的发展而发展。举一个例子，在现如今我们刚刚研发出的纳米技术，便可以将纳米技术原理应用到土壤检测技术当中，用纳米技术去处理样品，就可以减少样品可能会发生第2次污染的可能性。