土壤中重金属检测方法的应用研究

郑 伟

(济源职业技术学院，河南 济源 459000)

随着我国工业的迅猛发展，土壤中重金属污染问题日益严重。土壤中的重金属可以通过农作物进行食物链的传递，对人类健康造成危害，因此被重金属污染的土壤需要进行治理、修复以消除重金属对环境和人类的危害。通过检测土壤中的重金属，可以判别出土壤重金属的类别和污染情况，从而采取针对性的修复措施，因此对土壤中重金属进行检测具有重要的现实意义。

1 土壤中重金属来源及种类

土壤重金属污染是指由于工业三废的排放、矿山开采、城市垃圾的排放、农药的不合理使用等人类活动而造成土壤中重金属含量过高的现象。污染土壤的重金属通常指铅(Pb)、汞(Hg)、铬(Cr)、镉(Cd)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)、锡(Sn)等元素。

2 土壤重金属检测前处理方法

因土壤成分较复杂，土壤中含有大量硅酸盐等无机盐及蛋白质等少量有机物，在检测土壤中重金属操作前，需对土壤样品进行前处理以纯化和浓缩样品。土壤样品的前处理效果直接影响到测定结果的准确性，是土壤中重金属检测非常重要的一个环节。目前土壤中重金属检测常用的样品前处理方法有湿法消解、熔融法、微波消解法、干灰化法和萃取法。

2.1 湿法消解法

使用无机强酸或强氧化剂溶液对土壤进行湿法消解，可以将土壤中的有机物质分解、氧化，使待测组分转化为可测定形态。湿法消解用到的加热设备包括电炉、电热板、微波消解仪、水浴锅、油浴锅等。消解土壤样品常用的无机酸种类包括硝酸、盐酸、高氯酸和氢氟酸等。

2.1.1 电热板法

电热板法是采用混合酸来消解土壤样品的敞口式湿法消解法，操作简便，可大批量处理样品。但耗时长、会释放出有毒有害气体、易损失挥发性元素。电热板法常用的混合酸体系有HNO3+HF+HCl+HClO4、HNO3+HF+HCl、HNO3+HClO4+HCl、HCl+HNO3+H2SO4等。吕子健[1]等采用HNO3+HF+HCl+HClO4消解体系，通过电热板消解土壤样品中的铬、铅、镉 3 种元素。

2.1.2 水浴消解法

水浴法消解土壤样品所需仪器设备简单，操作步骤简便，加酸量小，耗时短，无需赶酸，可大批量消解样品。胡芳[2]采用王水水浴消解土壤样品，再利用原子吸收仪和原子荧光仪测定了土壤中8种重金属含量。

2.2 微波消解法

微波消解法具有自动化程度高、耗时短、消解完全、基体干扰少等优点。邢跃雯[3]使用HNO3+HF消解体系微波消解土壤样品，通过ICP-MS 内标法测定土壤中 Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb 六种重金属元素。焦二虎[4]采用硝酸-盐酸-氢氟酸-双氧水消解体系微波消解土壤样品，以抗坏血酸-硝酸镁混合液作为基体改进剂，采用石墨炉原子吸收法测定了土壤样品的铅、镉、钴、锑、铍含量。

2.3 熔融法

熔融法是利用熔剂与土壤样品混合后在高温下发生复分解反应或氧化还原反应，将待测组分转化为易溶于水或酸的化合物。项朋志[5]使用过氧化钠碱性熔剂消解云南酸性红壤，再用火焰原子吸收法测定其中Pb、Cd、 Zn、Cu 4种重金属的含量。

2.4 干灰化法

干灰化法是通过对土壤样品高温加热除去有机物后，用酸溶解剩余的灰分。该法简单、快速，但会造成易挥发元素的挥发。贾海东[6]使用火焰原子吸收法测定土壤中的铜、铅、锌、镍、镉等重金属，采用的是先500 ℃加热灰化土壤样品，然后用酸浸提的样品前处理方法。

2.5 石墨消解法

石墨消解法操作简单，酸用量少，设备投入少，可大批量处理土壤样品。杜健鹏[7]采用盐酸-硝酸-氢氟酸消解体系运用石墨消解仪进行快速消解，应用电感耦合等离子体质谱仪测定土壤铜、铅、镉、钴元素。

2.6 萃取法

在使用上述几种方法对土壤样品前处理，使待测元素全部进入试液中后，可辅以萃取技术，分离、提纯待测重金属。张宇[8]用HNO3+HF+HCl+HClO4体系进行土壤样品的微波消解，用KI-MIBK萃取，火焰原子吸收分光光度法测定土壤中的镉含量。

3 土壤重金属检测方法

3.1 光度法

紫外-可见分光光度法是测定重金属离子是常用的检测方法之一，主要是利用金属离子可以和某些显色剂形成对特定波长有吸光的物质而建立起来的检测方法。该法操作简单、仪器设备低廉、检测成本低，适合于测定土壤中某一种重金属含量。鲁秀国[9]等利用KI-Cd(Ⅱ)-罗丹明B离子蒂合分光光度法测定了土壤中Cd含量。

3.2 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法(AAS)是基于待测元素气态基态原子对该元素原子特征谱线的吸收程度来定量测定待测元素含量的一种分析方法，具有灵敏度高、选择性强的特点，但不适合多种金属元素的同时测定。根据原子化器的不同，可分为火焰原子吸收光谱法和石墨炉原子吸收光谱法。焦二虎[4]采用石墨炉原子吸收法测定了土壤样品的铅、镉、钴、锑、铍含量，该法简便、快速、准确。

3.3 原子荧光光谱法

原子荧光光谱法(AFS)是根据每种元素均有自己特定的原子荧光光谱，原子荧光强度和试样中待测元素含量成正比而建立起来的测定方法。该方法灵敏度高、谱线简单，是土壤中砷、汞等重金属含量常用测定方法。徐雅晴[10]等采用微波消解处理土壤样品后，使用 AFS 同时测定砷、汞含量，线性良好，精密度和回收率也较高。

3.4 电感耦合等离子体发射光谱法

电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)是以电感耦合等离子矩为激发光源的光谱分析方法，主要是根据待测元素离子和原子在特定激发光源下能出现特征辐射，特征辐射强度与待测元素离子浓度成正比，据此对元素进行定量分析。该方法检出限低、检测速度快，可同时测定多元素，在土壤重金属检测中应用广泛。倪张林[11]等以聚丙烯管为消解容器，建立了林地土壤中钡、铜、钴、铬、锰、镍、铅、钒、锌9种重金属的快速消解-电感耦合等离子体发射光谱法。

3.5 电感耦合等离子体质谱法

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)作为公认的强有力的痕量和超痕量元素分析技术，具有图谱简单、分析速度快、检出限低、动态线性范围宽、能同时准确、快速检测多种金属元素的优点。罗治定[12]等采用二乙基三胺五乙酸(DTPA)浸提石灰性土壤样品中有效态Cu、Zn、Fe、Mn后，通过将样品溶液稀释10倍～30倍及在标准溶液系列中加入DTPA溶液进行基体匹配的方法来消除基体干扰，采用氦碰撞模式消除多原子离子干扰，建立了采用ICP-MS测定石灰性土壤样品中有效态Cu、Zn、Fe、Mn的方法。

3.6 X射线荧光光谱法

上述几种土壤重金属测定方法均需对土壤样品进行前处理，前处理时间占总测定时间2/3以上，不适用土壤快速检测。X 射线荧光光谱法具有快速、成本低、可同时检测多种元素等优点，美国已编制了将X 射线荧光光谱法用于土壤重金属含量检测的相关标准，但未详细规定检测方法。倪子月[13]设计了一个富集装置对土壤中汞进行富集，然后用X射线荧光光谱仪快速检测了土壤中汞含量，可以实现农业用地土壤中重金属汞的快速检测。杨桂兰[14]探究了便携式 X 射线荧光光谱(PXRF)法用于典型土壤中Cr、Cu、Zn、As、Pb、Ni六种重金属的精密度和准确度实验。

4 结语

土壤中重金属检测工作是保障人们生存环境和食品健康的必需手段。就目前研究现状而言，AAS、AFS、ICP-AES、ICP-MS等传统方法是土壤中重金属检测的主流方法。随着科学技术的进步，人工智能技术如高光谱遥感技术等现场检测技术、激光诱导击穿光谱技术、磁化率技术等也开始成为土壤中重金属检测的研究重点内容。