土壤顆粒物中重金屬監測技術進展

金淑聰

（昌吉回族自治州環境監測站，新疆 昌吉 831100）

隨著國內經濟的良好發展，工業化發展速度的加快，各種機械設備在各個領域內的應用，雖然提升了生產效率和質量，但同時也造成了比較嚴重的生態環境污染。土壤重金屬污染越來越嚴重。土壤重金屬污染本身具有難降解、易積累、毒性大的特點，如果不進行監測、控制和處理，對國內農業領域和其他領域的發展都會道理嚴重的影響，目前土壤重金屬污染已被各國列入優先控制的污染名單。本文針對土壤顆粒物中重金屬監測技術進展進行詳盡的闡述，希望對土壤顆粒物中重金屬監測技術的創新發展提供參考。

1 土壤重金屬污染概述

在土壤無機污染中，重金屬污染比較突出，負面影響也比較嚴重，因為土壤中的重金屬元素不能被土壤微生物分解，久而久之，重金屬元素就會不斷地積累，最終轉化為毒性更大的甲基化合物。由于食物鏈中的很多作物都需要在土壤中種植和培育，因此土壤重金屬污染對人體健康影響，起初雖然不明顯，但是當重金屬元素日積月累，就會嚴重地危害到人類的身體健康[1]。

目前土壤重金屬污染物主要包括汞、鎘、鉛、銅、鉻、砷、鎳、鐵、錳、鋅等，砷雖然不屬于重金屬元素，但其來源于土壤元素沉積，造成的危害與重金屬極其相似，因此也被列入土壤重金屬污染中。而且，即便是同類型的重金屬元素，由于其在土壤中的存在形態和表現形態不同，在遷移化特點和污染性質方面也是不盡相同的。因此，在開展土壤重金屬污染相關研究時，不僅需要注意重金屬元素的總含量，還需要重視重金屬元素的不同表現形態[2]。

2 土壤顆粒物中重金屬監測技術的進展情況

目前應用的土壤顆粒物中重金屬監測技術主要有兩種，一種是現場快速監測技術，另一種是實驗室檢測技術，二者各有優劣。

實驗室檢測技術是一種傳統檢測方式，整個檢測過程中需要經過多個環節，包含現場采樣、樣品預處理、樣品的運輸和保存等等，在多重環節的組合之下，實驗室針對土壤顆粒物中重金屬監測，其結果比較準確，也比較穩定，受到其他相關因素的影響也是比較小的，但是高精確的優點也會帶來一定的缺點，包含檢測周期比較長、運輸的難度也比較大等等，目前實驗室土壤顆粒物中重金屬監測技術主要在科研領域內進行應用。

土壤顆粒物中重金屬現場快速監測技術，顧名思義，這項技術的重點落在“快速”和“現場”兩個詞之上，這項技術能夠完成大規模的采樣，數據結果的時效性也是比較強的，與實驗室土壤顆粒物中重金屬監測技術相比，其消耗成本比較低，是一種“性價比”比較高的監測技術，但是其監測結果的準確性和穩定性與實驗室土壤顆粒物中重金屬監測技術是沒有可比性的。

因此，相關人員在對土壤顆粒物中重金屬進行監測時，需要根據實際情況和自身的監測目標科學合理地選擇監測技術[3]。

2.1 現場快速監測技術

2.1.1 X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜法主要利用X射線的良好穿透力，對采集到的土壤樣品進行照射，使被照射的物體發出熒光，相關檢測人員可以利用X射線熒光測量儀對采集樣品發出來的熒光進行分析和檢測，就能夠定性或定量地檢測中樣品土壤中的重金屬成分。目前，在重金屬檢測領域中，X射線熒光光譜法的應用是比較廣泛的，主要是因為這種檢測方式具有損耗低和快捷的特點，比較契合現場快速土壤顆粒物中重金屬監測的特點，而且還能夠進行大批量的檢測，后續可以通過計算分析促使結果更加準確。

2.1.2 激光誘導擊穿光譜法

激光誘導擊穿光譜法是分析檢測領域中一種全新的激光燒蝕分析技術，其主要原理是：激光可以在透會聚光鏡的作用之下完成光的匯聚，以此形成高功率的激光，這一類型激光可以使得采集的土壤樣品表層物質電離并且氣化，后續就能夠形成高溫高能的電漿，以此為基礎就能夠得到相關的電漿輻射出的原子和離子光譜，再利用信息技術和計算機系統針對光圖譜進行分析之后，就能夠得到待測樣品的組成和濃度，這一檢測方式的精準度還是比較高的，用起來也比較方便[4]。需要注意到的是，激光誘導擊穿光譜法應用過程中，其配置的光譜儀類型具有多樣化的特點，相關的施工單位和監測機構需要根據自身的需求選擇不同的光譜儀，目前應用比較多的是Echelle和Czerny Turner。

2.1.3 免疫分析法

1985年，Reardan等人第一次分離出單克隆抗體后，國內外相關學者和機構針對免疫分析法進行了廣泛且深刻地研究，這一時期的免疫分析法也得到了快速發展，隨著時間的推移，愈來愈多的抗重金屬離子開始出現，相關的重金屬免疫分析法也得以建立及應用。免疫分析法在土壤顆粒物重金屬監測中具有高靶向性和高準確性的特點，目前這項技術在環境監測領域得到廣泛應用，也是新時期土壤顆粒物中重金屬監測發展的一種新思路。但是免疫分析法在實際的土壤顆粒物重金屬監測中還存在著一定的問題，包含實驗材料批量制作困難等等，需要后續進行優化和完善，免疫分析法也將是后續相關學術研究的重點和熱點內容[5]。

2.1.4 酶抑制法

酶抑制法與免疫分析法都是生物類型監測方式中的一種，因為重金屬元素本身對酶具有一定的抑制作用，相關學者進行針對性研究和分析后發現，重金屬會使特定酶反應系統中的多方面發生變化，包括酸堿度、色度和電導率等，參數上的變化出現一定規律的時，會使重金屬的監測結果更加準確和有效。后續，相關的人員結束化學和光學儀器，就可以針對反應液進行分析處理，最終就能夠得到被測樣品中的重金屬元素的種類和具體占比了，這項技術與免疫分析法一樣，具有良好的發展空間和前景。

2.1.5 生物傳感器法

目前，生物傳感器法是重金屬監測領域一種新興的監測技術和方式，但生物傳感器法在土壤顆粒物重金屬監測中的應用容易受到各種因素的影響，包括生物活性、生存環境和時間等，因此，生物傳感器法的應用受到了更多條件的限制，使該方法在國內外沒有得到廣泛應用。由于目前國內外環境污染現象比較嚴重，因此需要注重各個領域的綠色、環保發展，而生物傳感器在土壤顆粒物重金屬監測中的應用，二者的契合性比較高，國內針對生物傳感器法的應用也需要進行大力研究。

2.2 實驗室監測技術

2.2.1 分光光度法

分光光度法是傳統實驗室監測方式的一種，這項技術具有良好的效果，應用起來也比較便利。目前分光光度法在重金屬監測領域中的應用比較廣泛，但是隨著時間的推移，各個領域對實驗室土壤顆粒物中重金屬監測的要求明顯提升，因此目前很多研究人員針對分光光度法進行研究和創新[6]。

2.2.2 電感耦合等離子體-原子發射光譜法

研究發現，在土壤顆粒物中重金屬監測領域，ICP-IES設備昂貴，操作過程中產生的資源耗費比較嚴重，其中固體直接進入樣品之后，會使監測結果的精密度和準確性大大降低[7]，難以滿足使用需求，不符合可持續性發展戰略。所以操作技術人員會將其與監測方式進行耦合，也就是所謂的電感耦合等離子體-原子發射光譜法，這一方法在實際應用中能夠得到比較準確的監測效果。筆者建議使用AES-3000為電感耦合等離子體發射光譜儀，這該儀器測試精度較高，測試的適用性較強，可以廣泛應用于石油制品、半導體、食品、生物樣品、刑事科學農業研究等各個領域，在功能性方面表現也不錯，具有數據篩選、數據庫管理、參數設定等多項功能。

2.2.3 原子吸收光譜法

當輻射通過自由原子蒸氣，且入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態躍遷到較高能態（一般情況下都是第一激發態）所需要的能量頻率時，原子就要從輻射場中吸收能量，產生共振吸收，電子由基態躍遷到激發態，同時伴隨著原子吸收光譜的產生。簡單來說，原子吸收光譜法的原理其實就是：基于物質產生的原子蒸汽理論，土壤顆粒物中重金屬監測中原子吸收光譜法的應用，可以針對采集到的樣品的特征光譜進行定量分析，這樣就能夠得到待測土壤樣品中重金屬元素的含量和種類，原子吸收光譜法的應用，能夠使得重金屬監測結果的準確度得到提升，實際檢測過程中能夠避免其他因素的影響，實際的測定范圍也是比較廣泛的，這是原子吸收光譜法廣泛在土壤顆粒物中重金屬監測中進行應用的主要原因之一。

3 結論

目前，土壤顆粒物中重金屬監測技術研究已經取得了一定的進展，但是在國家處于現代工業化發展的趨勢下，土壤重金屬元素污染問題會更加嚴重，社會對土壤顆粒物中重金屬監測技術的需求和標準都會更高，注重此項技術的研究和應用，能夠極大促進我國環保事業的發展。