土壤重金属污染现状及检测技术分析

2022-02-24李建凤

化工设计通讯 2022年2期

李建凤

（海南省地质测试研究中心，海南海口 570100）

近年来，我国相关重金属污染情况出现频率持续上升，国内外对该类问题的检测技术研究也愈发重视，实践研究越来越深入。总的来说，想要进一步提升重金属污染检测质量，需要在原有技术基础上实现高度创新，研发和引进先进检测设备，开展新型技术探索工作。在我国，虽然在土壤重金属检测领域中取得了很大突破，但整体检测技术水平并不高，相关人员应进一步开展研究工作，确定土壤中重金属实际含量，为土壤保护工作做出积极贡献。

1 土壤重金属概述

从土壤无机污染研究中能够看出，危害最大的当属重金属污染，这主要是由于重金属无法被土壤中的微生物所分解，越积越多，最终转化为具备很强毒性的甲基化合物。在后续发展中，这些化合物会进入食物链，让有害物质进入人体，影响人类机体健康。一般来说，土壤中常见的重金属污染物有汞、铅、铜、镍、铁、锌等，这些元素本身带有毒性，其中，最为常见的重金属元素为锌。当这些元素进入土壤后，会与土壤胶体粘连在一起，与土壤内部有机物或者无机物产生反应，生成新元素，长此以往，土壤性质会发生巨大变化，被植物吸收后，这些有毒物质成功进入食物链。

土壤中的部分重金属还能转化为烷基化合物，该类化合物毒性更强，危害性更大。从土壤自身结构角度来说，本身自带吸附性特征，由于重金属很难被分解，与土壤形成一个整体，重金属污染由此而来。重金属自身同样具备独特性，自带吸附作用，这也使其进入土壤后很难被发现。因此，应提升对重金属污染土壤检测工作，借助于新型检测技术，保证做到准确检测，为人们生活安全保驾护航。

2 土壤重金属污染现状

受重金属污染影响，土壤自身循环能力会受到极大影响。相关调查研究显示，我国农业经济发展中，土壤重金属污染成了主要限制因素之一，我国总的土壤重金属污染面积已超过5 000万亩，而且该数值还处于逐年增加状态，土壤重金属污染很难治理，隐蔽性强，不利于人类的正常生产和生活。从当前发展情况来看，我国土壤重金属污染问题尚处于逐步加剧状态，造成该情况的主要原因有以下两点：

1）自然环境。我国很多地区的成土母质风化现象明显，为重金属元素积累提供良好环境，再加上恶劣天气、水源等作用，重金属元素结构发生较大变化，改变了土壤中重金属元素含量；

2）人类活动。随着我国城市化和工业化发展的逐步深入，人类出现很多不合理建设，如矿山过度开采、工业污水随意排放、化肥和农药应用量增加等，成为土壤污染现象的主要诱发因素。

3 土壤重金属危害

3.1 工业排放

近年来，随着城市生活垃圾数量的增加，以及矿山资源的过度开采，导致土壤污染问题越来越严重。但很多城市为了确保自身经济发展取得新成果，大力开展机械加工、电镀等活动，让工业生产废气废料数量持续提升，这些废气废料中包含很多重金属元素，再加上处理工作不到位，便直接排放到自然界之中，经过一段时间积累之后，导致土壤中的重金属占比越来越高，最终引发土壤重金属污染问题。

3.2 影响农作物的产量和品质

当重金属进入土壤后，会直接影响农作物的生长和发育，导致产量和品质大幅下滑。例如，在植物生长之中，镉元素危害巨大，如果土壤中镉元素含量过高，植物叶片中的叶绿素结构会受到破坏，影响植物根系对水的吸收，抑制植物生长。另外，铅对于植物的光合作用同样会带来很大影响，弱化脂肪代谢强度，让植物的耗氧量大幅提升，抑制植物的有效生长，严重时还会导致农作物直接死亡。更为重要的是，这些重金属元素会通过食物链进入人体之中。例如，镉元素的毒性很强，容易引发心脑血管疾病、高血压等情况。汞进入人体后，会影响人体的肝脏功能，破坏神经系统。铅是重金属中毒性较强的一种元素，一旦进入人体，很难有效将其排除，对智力产生影响。

3.3 影响土壤中微生物的功能发挥

当土壤中的重金属元素含量达到一定状态之后，对于微生物代谢、生存等会产生极大影响，具体表现为微生物整体数量下降，活性细菌作用无法发挥，所产生的生物量碳和有机碳比值也会大幅下滑，呼吸作用减弱，导致土壤中微生物的功能和结构出现明显改变。例如，相关研究明确表示，镉元素对于土壤生物和酶的活性影响极大，尤其是对脲酶活性影响最为显著。更为重要的是，受重金属污染的影响，不但能够让土壤中的微生物水量降低，还能改变土壤微生物的群落构成，常见的优势类群比例下降，让原本多样性和均匀性指数无法展现出来。也正是在重金属污染的作用下，土壤无法保持原有面貌，从而对各种植物的生长带来不利因素，影响种植人员的利益。

4 土壤重金属污染检测技术

4.1 土壤重金属处理

截止目前，王水消解土壤样品方式已经得到国际相关人士的认可，例如，中华人民共和国农业部行业标准NY/T 1613—2008《土壤质量重金属测定王水回流消解原子吸收法》提到了王水回流方式。在土壤中的砷和汞消解中，可以取适量土壤样品，一般为0.2~0.5g，将其放入50mL比色管之中，之后将10mL王水（1+1）滴入比色管，摇晃均匀，不能让样品出现黏壁问题，之后放置到沸水中，消解2h，期间，需要每隔30min摇晃一次。规定时间过后，可取出比色管，冷却后加入盐酸溶液（5+95），保证液面与刻度线保持平齐为止，静置到第二天，获取上清液，测量溶液中汞的含量。与此同时，取25mL上清液放于比色管，在其中加入5mL硫脲-抗坏血酸混合液，同样利用相同规格的盐酸滴定至刻度线，混合均匀，待反应一段时间后，测量溶液中的砷含量。

除此之外，在具体铜、锌、铅等处理中，涉及的处理程序相对复杂，这些元素中，有各自不同的特点，处理方式存在一些差异。如果是站在整体角度来看，处理思路大体一致，均是借助于盐酸、硝酸、高氯酸实现元素分解与消除。提取样本时，首先要做的就是将土壤样本完全破坏，只有这样，才能保证所有待测元素得到提取。从实际操作角度来说，消解操作困难重重，温度控制难度高，加酸时间点也要得到精准把控。如果出现消解不完全情况，还需多次加入相对酸，考验操作人员的专业能力。如果中途加入的酸过多，会导致消解时间大幅延长，甚至还会对土壤中的矿物晶体产生破坏，最终实验结果也无法保证准确。常见元素测定条件如表1所示。

表1 常见元素仪器测定条件

4.2 光谱检测技术

在目前土壤重金属含量检测中，光谱检测技术比较常见，所呈现出的灵敏度效果良好，但检测时，需要消耗较高的检测成本，检测流程相对复杂，检测时间长，对检测设备要求很高。光谱检测时，必须利用X射线进行配合，该类射线自身电离性特点明显，稍有不慎，便会对检测人员身体造成影响。为此，在光谱检测方式实施上，要穿戴好防护用具，保证操作的专业性，规避X射线对人体产生的伤害。需要注意的是，光谱检测技术不能进行现场检测，截止目前，最为常见的土壤重金属检测方式为紫外可见光光度法。

4.3 电化学分析检测技术

相比于光谱技术，电化学检测技术在应用过程中，主要是借助于电化学传感器来确定土壤中的重金属含量。检测时，该技术能够利用自动化学检测，实现到场检测，检测速度快，准确性高，很容易帮助人们了解土壤重金属情况。但从实际应用角度来说，该项技术的检测结果很容易受到相关物质影响，如大分析颗粒、有机物等，造成最终检测结果不精确。为此，在实际研究之中，选择以电化学感应研究为主，强化检测过程的抗干扰能力。

4.4 激光诱导法

在应用激光诱导法时，主要原理是借助脉冲激发器，获得密度较高的激光，成功击穿光谱，当激光投射到土壤表面时，促使隐藏的等离子体显现出来。该过程中，等离子体自身热度会从较高状态变为冷却状态，实现土壤样品组信息光谱的全面展示。得到信息光谱后，可以借助光电探测器，了解光谱中隐藏的信息，并对其进行深入分析，这也是重金属元素定量分析模型构建的基础。相比之下，该检测手段不仅能够得到土壤中重金属含量信息，还能做好重金属元素分类工作。所消耗的检测成本不高，操作起来非常简单，还能很好地保护样本。

一般来说，利用激光诱导法开展土壤重金属含量检测工作，能够实现对土壤中多种重金属元素的同时检测。但该检测手段也存在一些问题，检测时，如果光谱无法保持稳定，会为检测工作带来很大麻烦，最终的检测结果精确度也不高。而且该种检测手段虽然单次不会消耗太多成本，但需要的设备价值很高，维护工作复杂。所以说，在应用该种检测模式时，适合已经确定存在污染问题的土壤，发挥实时监测效果。

4.5 分光光度法

分光光度法在应用时，主要是以光测量为基础。实际土壤重金属检测过程中，利用不同波长的光照射被测土壤溶液，记录下样品对特定波长光的吸收情况，以此来确定土壤中重金属含量。根据光源不同，常见的光度法有紫外分光光度法、可见分光光度法和红外分光光度法。从实际检测过程能够看出，分光光度法自身抗干扰能力强，灵敏性也较高，能够有效规避其他重金属元素干扰，保证样品重金属含量检测的准确性。

4.6 色谱分析法

色谱分析法在应用时，主要借助于不同物质在不同相态中的选择性分配，开展流动相对固定相混合物洗脱操作，达到检测目的。一般来说，混合物中的不同物质，沿着固定相移动速度不一致，最终呈现出分离效果。由于物质的分离机制不同，最为常见的色谱分析法形式有吸附色谱、分配色谱以及凝胶色谱等，不同类别中，色谱分析法所呈现出的作用也不一样。原理上，色谱分析法和化学沉淀、电泳技术类似，均是通过观察固定相和流动相之间的不同，实现分离组分溶解度差异反映。在具体土壤重金属检测工作中，色谱分析法应用价值很高，除了保证分离效率外，最终检测结果准确性较高，在环境能源、石油化工等领域应用十分普遍[5]。

5 土壤重金属检测技术未来发展趋势

目前来看，土壤重金属检测工作开展具备重要意义，除了改善土壤环境外，还能避免人体健康受到影响。因此，为了更好地确认土壤内部的重金属含量，要确保相关检测技术的科学性，提升检测速度，尽可能保证检测过程的方便、快捷。截止目前，我国在土壤重金属检测领域研究中取得了很大成就，出现了很多新的检测手段，应用效果较为理想。但随着土壤重金属污染问题的持续加剧，人们需要对该项检测技术进行更加深入的探究，只有这样，才能保证检测技术与实际检测需求相符。

很多土壤重金属检测技术实践时间较长，得到了逐步完善，但部分检测技术在使用时，存在各种各样的问题，如检测过程复杂、检测设备价格较高等，这些在未来发展过程中，均需要得到合理解决。后续发展上，土壤重金属检测技术必将迎来新一轮创新。所以说，相关研究人员应该对当前土壤重金属检测技术发展有一个良好把握，融入更多科学技术，以此来实现对传统检测技术的完善和创新，如更新色谱分析法检测器灵敏性、打造专家系统等，为后续土壤重金属检测工作的有序进行创造基础。