土壤颗粒物中重金属监测技术进展

2021-11-28金淑聪

皮革制作与环保科技 2021年10期

金淑聪

（昌吉回族自治州环境监测站，新疆昌吉 831100）

随着国内经济的良好发展，工业化发展速度的加快，各种机械设备在各个领域内的应用，虽然提升了生产效率和质量，但同时也造成了比较严重的生态环境污染。土壤重金属污染越来越严重。土壤重金属污染本身具有难降解、易积累、毒性大的特点，如果不进行监测、控制和处理，对国内农业领域和其他领域的发展都会道理严重的影响，目前土壤重金属污染已被各国列入优先控制的污染名单。本文针对土壤颗粒物中重金属监测技术进展进行详尽的阐述，希望对土壤颗粒物中重金属监测技术的创新发展提供参考。

1 土壤重金属污染概述

在土壤无机污染中，重金属污染比较突出，负面影响也比较严重，因为土壤中的重金属元素不能被土壤微生物分解，久而久之，重金属元素就会不断地积累，最终转化为毒性更大的甲基化合物。由于食物链中的很多作物都需要在土壤中种植和培育，因此土壤重金属污染对人体健康影响，起初虽然不明显，但是当重金属元素日积月累，就会严重地危害到人类的身体健康[1]。

目前土壤重金属污染物主要包括汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等，砷虽然不属于重金属元素，但其来源于土壤元素沉积，造成的危害与重金属极其相似，因此也被列入土壤重金属污染中。而且，即便是同类型的重金属元素，由于其在土壤中的存在形态和表现形态不同，在迁移化特点和污染性质方面也是不尽相同的。因此，在开展土壤重金属污染相关研究时，不仅需要注意重金属元素的总含量，还需要重视重金属元素的不同表现形态[2]。

2 土壤颗粒物中重金属监测技术的进展情况

目前应用的土壤颗粒物中重金属监测技术主要有两种，一种是现场快速监测技术，另一种是实验室检测技术，二者各有优劣。

实验室检测技术是一种传统检测方式，整个检测过程中需要经过多个环节，包含现场采样、样品预处理、样品的运输和保存等等，在多重环节的组合之下，实验室针对土壤颗粒物中重金属监测，其结果比较准确，也比较稳定，受到其他相关因素的影响也是比较小的，但是高精确的优点也会带来一定的缺点，包含检测周期比较长、运输的难度也比较大等等，目前实验室土壤颗粒物中重金属监测技术主要在科研领域内进行应用。

土壤颗粒物中重金属现场快速监测技术，顾名思义，这项技术的重点落在“快速”和“现场”两个词之上，这项技术能够完成大规模的采样，数据结果的时效性也是比较强的，与实验室土壤颗粒物中重金属监测技术相比，其消耗成本比较低，是一种“性价比”比较高的监测技术，但是其监测结果的准确性和稳定性与实验室土壤颗粒物中重金属监测技术是没有可比性的。

因此，相关人员在对土壤颗粒物中重金属进行监测时，需要根据实际情况和自身的监测目标科学合理地选择监测技术[3]。

2.1 现场快速监测技术

2.1.1 X射线荧光光谱法

X射线荧光光谱法主要利用X射线的良好穿透力，对采集到的土壤样品进行照射，使被照射的物体发出荧光，相关检测人员可以利用X射线荧光测量仪对采集样品发出来的荧光进行分析和检测，就能够定性或定量地检测中样品土壤中的重金属成分。目前，在重金属检测领域中，X射线荧光光谱法的应用是比较广泛的，主要是因为这种检测方式具有损耗低和快捷的特点，比较契合现场快速土壤颗粒物中重金属监测的特点，而且还能够进行大批量的检测，后续可以通过计算分析促使结果更加准确。

2.1.2 激光诱导击穿光谱法

激光诱导击穿光谱法是分析检测领域中一种全新的激光烧蚀分析技术，其主要原理是：激光可以在透会聚光镜的作用之下完成光的汇聚，以此形成高功率的激光，这一类型激光可以使得采集的土壤样品表层物质电离并且气化，后续就能够形成高温高能的电浆，以此为基础就能够得到相关的电浆辐射出的原子和离子光谱，再利用信息技术和计算机系统针对光图谱进行分析之后，就能够得到待测样品的组成和浓度，这一检测方式的精准度还是比较高的，用起来也比较方便[4]。需要注意到的是，激光诱导击穿光谱法应用过程中，其配置的光谱仪类型具有多样化的特点，相关的施工单位和监测机构需要根据自身的需求选择不同的光谱仪，目前应用比较多的是Echelle和Czerny Turner。

2.1.3 免疫分析法

1985年，Reardan等人第一次分离出单克隆抗体后，国内外相关学者和机构针对免疫分析法进行了广泛且深刻地研究，这一时期的免疫分析法也得到了快速发展，随着时间的推移，愈来愈多的抗重金属离子开始出现，相关的重金属免疫分析法也得以建立及应用。免疫分析法在土壤颗粒物重金属监测中具有高靶向性和高准确性的特点，目前这项技术在环境监测领域得到广泛应用，也是新时期土壤颗粒物中重金属监测发展的一种新思路。但是免疫分析法在实际的土壤颗粒物重金属监测中还存在着一定的问题，包含实验材料批量制作困难等等，需要后续进行优化和完善，免疫分析法也将是后续相关学术研究的重点和热点内容[5]。

2.1.4 酶抑制法

酶抑制法与免疫分析法都是生物类型监测方式中的一种，因为重金属元素本身对酶具有一定的抑制作用，相关学者进行针对性研究和分析后发现，重金属会使特定酶反应系统中的多方面发生变化，包括酸碱度、色度和电导率等，参数上的变化出现一定规律的时，会使重金属的监测结果更加准确和有效。后续，相关的人员结束化学和光学仪器，就可以针对反应液进行分析处理，最终就能够得到被测样品中的重金属元素的种类和具体占比了，这项技术与免疫分析法一样，具有良好的发展空间和前景。

2.1.5 生物传感器法

目前，生物传感器法是重金属监测领域一种新兴的监测技术和方式，但生物传感器法在土壤颗粒物重金属监测中的应用容易受到各种因素的影响，包括生物活性、生存环境和时间等，因此，生物传感器法的应用受到了更多条件的限制，使该方法在国内外没有得到广泛应用。由于目前国内外环境污染现象比较严重，因此需要注重各个领域的绿色、环保发展，而生物传感器在土壤颗粒物重金属监测中的应用，二者的契合性比较高，国内针对生物传感器法的应用也需要进行大力研究。

2.2 实验室监测技术

2.2.1 分光光度法

分光光度法是传统实验室监测方式的一种，这项技术具有良好的效果，应用起来也比较便利。目前分光光度法在重金属监测领域中的应用比较广泛，但是随着时间的推移，各个领域对实验室土壤颗粒物中重金属监测的要求明显提升，因此目前很多研究人员针对分光光度法进行研究和创新[6]。

2.2.2 电感耦合等离子体-原子发射光谱法

研究发现，在土壤颗粒物中重金属监测领域，ICP-IES设备昂贵，操作过程中产生的资源耗费比较严重，其中固体直接进入样品之后，会使监测结果的精密度和准确性大大降低[7]，难以满足使用需求，不符合可持续性发展战略。所以操作技术人员会将其与监测方式进行耦合，也就是所谓的电感耦合等离子体-原子发射光谱法，这一方法在实际应用中能够得到比较准确的监测效果。笔者建议使用AES-3000为电感耦合等离子体发射光谱仪，这该仪器测试精度较高，测试的适用性较强，可以广泛应用于石油制品、半导体、食品、生物样品、刑事科学农业研究等各个领域，在功能性方面表现也不错，具有数据筛选、数据库管理、参数设定等多项功能。

2.2.3 原子吸收光谱法

当辐射通过自由原子蒸气，且入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子就要从辐射场中吸收能量，产生共振吸收，电子由基态跃迁到激发态，同时伴随着原子吸收光谱的产生。简单来说，原子吸收光谱法的原理其实就是：基于物质产生的原子蒸汽理论，土壤颗粒物中重金属监测中原子吸收光谱法的应用，可以针对采集到的样品的特征光谱进行定量分析，这样就能够得到待测土壤样品中重金属元素的含量和种类，原子吸收光谱法的应用，能够使得重金属监测结果的准确度得到提升，实际检测过程中能够避免其他因素的影响，实际的测定范围也是比较广泛的，这是原子吸收光谱法广泛在土壤颗粒物中重金属监测中进行应用的主要原因之一。