土壤重金屬檢測方法分析

孫冰

安徽省建筑材料科學技術研究所有限公司

一、引言

土壤是自然的饋贈，同樣也是人類生存的前提。生產(chǎn)力的解放讓人類活動不斷擴大，加快了工業(yè)化的進程，但是土壤重金屬污染問題同樣也客觀存在，嚴重影響生活的質量。重金屬指的是相對密度大于4或5的金屬元素，常見的重金屬包括鋅、銅、鎳等，如果在工業(yè)發(fā)展中不能對重金屬進行有效的管控，就會造成極大的污染問題，受到來源不同的影響，可以將污染源分為人為因素和自然因素兩大類，前者是發(fā)展過程中的不當行為而造成的污染問題，包括生活廢棄物、化石燃料燃燒等，對于土壤重金屬污染影響深刻。后者則是因為自然變化而形成，例如火山噴發(fā)、地殼巖石風化等，此類情況雖然會產(chǎn)生重金屬，但是整體含量較低，并不會造成嚴重的污染問題。重金屬是客觀存在的，污染問題也會長期存在。如果重金屬含量超標，無法通過土壤進行降解，人類在食用食物的時候，容易將重金屬攝入體內，危害身體健康。近年來，重金屬污染事件頻頻發(fā)生，尤其是在食品領域，已經(jīng)對人的身體健康造成了極大危害，所以必須高度重視重金屬檢測問題，以此來減少重金屬的危害，但是如何檢測卻是現(xiàn)實當中必然要面臨的問題。隨著科技的不斷發(fā)展，檢測土壤重金屬的方法也變得多種多樣，紅外光譜、原子吸收光譜等，為進一步了解土壤中重金屬檢測情況，文章將簡要敘述常見方法及具體特點，以此來為土壤重金屬檢測提供更多參考。

二、土壤重金屬危害

1.影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質

土壤是農(nóng)作物生長的基礎環(huán)境，如果土壤存在重金屬污染，農(nóng)作物的生長必然會受到影響，品質產(chǎn)量都會大打折扣，而且當人食用此類農(nóng)作物的時候，同樣也會影響自己的身體健康。舉例來說，土壤中鎘元素超標，鎘元素進入植物體之后，便會破壞葉綠素結構，土壤根系的吸水能力會受到影響，不僅無法吸收土壤中的養(yǎng)分，同樣也會影響光合作用的開始，嚴重影響自身的生長。鉛元素對于植物的影響在于光合作用，脂肪代謝能力弱化，而且還會消耗更多的氧氣，甚至會造成大面積的植物死亡。更有甚者，植物生長在重金屬超標的土壤環(huán)境之下，植物果實同樣也會含有重金屬元素，人類食用了此類食物，就會因為重金屬超標而發(fā)生各種疾病，鎘元素超標會造成心腦血管疾病，汞元素超標會損害肝臟功能。受到生理結構的影響，人體很難排除重金屬，重金屬的長期攝入，必然影響自身的身體健康，如果超出特定標準就會造成死亡。

2.影響微生物群落

土壤是微生物的生活環(huán)境，他們是自然生態(tài)圈的重要組成部分，重金屬含量超標的時候，微生物的生存環(huán)境會被破壞，整體數(shù)量的減少無法發(fā)揮出微生物有益菌群的作用，減弱其呼吸功能，嚴重影響自然生態(tài)圈的運行。研究結果顯示，鉻元素超標會造成土壤中生物和酶活性，如果土壤受到了重金屬的污染，生存環(huán)境的改變，不適合微生物繼續(xù)生存，不僅會導致微生物數(shù)量的大大降低，同樣也會改變微生物群落構成，優(yōu)勢群內的比例嚴重降低，難以展現(xiàn)出微生物的多樣性和均勻性。重金屬污染一旦形成，無法依靠土壤本身恢復原貌，嚴重影響動植物微生物的生長，甚至會嚴重影響人類的生存以及健康。

三、調查研究目標區(qū)域

為了解土壤受污染情況，需要根據(jù)需求對受污染區(qū)域進行精細化的檢測，以此來充分了解土壤污染的具體類型以及含量，精準掌握污染情況。在進行檢測之前，首先需要初步確定嚴重的土壤污染區(qū)域，同時采取實地調研的方式了解土壤受污染情況，具體路徑包括觀察農(nóng)作物的生長、觀察樹木成長情況、加強與周邊居民的溝通交流等，由此來對土壤污染情況進行整體性的感知，以此作為土壤檢測區(qū)域規(guī)劃設計的基礎，明確檢測方法，同時做好相應的設備準備。

四、目標地的取樣調查

劃定基本檢測區(qū)域之后，首先需要完成取樣工作，該項工作由專業(yè)的檢測人員進行，明確土壤監(jiān)測區(qū)域之后，需選擇具有代表性的土樣。樣品選擇過程中，首先需要明確測定區(qū)域，選擇均勻分布的土壤，由此來保證樣品具有代表性和典型性，能夠充分展示土壤受污染情況，同時也可以通過樣品來充分呈現(xiàn)現(xiàn)場的實際污染情況。技術人員在取樣時，首先需要準備地圖，標注具體的取樣地點，方便后期土壤污染分布圖的編制，保證數(shù)據(jù)的精準性。完成取樣工作之后，需要對土壤樣品進行簡單的處理，處理對象包括垃圾、水分以及其他雜質。水分的處理大多采取自然晾干方式，雜質的分離需要做好準備，確保過濾、篩選等相關措施落實到位，保證樣品的干燥性以及清潔度，完成處理工作之后需做好保存進行重金屬檢測。

五、土壤重金屬檢測技術

1.光譜檢測技術

光譜檢測技術具有靈敏度強的特點，在土壤重金屬檢測當中得到了廣泛的運用，但是該種檢測方式同樣也存在明顯缺陷，技術操作流程復雜、檢測成本高、檢測時間長，同時也對檢測人員的專業(yè)能力和綜合素質提出了更高的要求。光譜檢測有賴于X射線，如果存在較強的電離性，在檢測過程當中，很有可能損害操作人員的身體健康，所以選定光譜檢測方法之后，操作人員首先需要配備相應的防護裝置，熟練掌握具體的操作步驟，保護自身的健康。值得注意的是，光譜檢測技術在實踐當中的運用，難以對土壤重金屬進行快速準確檢測，所以在現(xiàn)場檢測時，紫外線可見光光度法也十分常用。

2.電化學分析檢測技術

通過與光譜檢測技術的對比，電化學檢測技術的安全性能更高，技術原理是通過電化學傳感器對重金屬物質進行檢測。伴隨著科技的不斷發(fā)展，電化學檢測設備基本已經(jīng)實現(xiàn)了自動化，在進行重金屬污染區(qū)域檢測時，能夠保證檢測的準確性和快速性。相較于其他的檢測技術而言，電化學檢測技術操作更加簡單，但同樣也存在缺陷，檢測時容易受到土壤污染物的影響，如果不對其進行管控，檢測結果準確性會大打折扣，數(shù)據(jù)價值同樣也會受到影響。所以在實際運用的過程當中，需要進一步優(yōu)化改良電化學分析檢測技術，提高其抗干擾能力。

3.新型檢測技術

（1）生物傳感器檢測技術。該方法的作用機理在于對金離子進行有效運用，通過與電極特異性蛋白質發(fā)生反應來改變其結構，并且通過電容信號傳感器對土壤當中的重金屬物質進行定量檢測，能夠讓操作人員充分了解土壤重金屬的具體含量變化。該方法在使用過程中能夠通過生物傳感器對水溶液當中的毒性化合物含量進行精準檢測，但是實踐運用當中同樣也有一定的缺陷，對生物活性和技術有更高要求，所以在實踐當中的推廣十分受限。

（2）酶抑制檢測技術。重金屬離子和酶活性因子相遇的時候，會發(fā)生甲硫酸反應，該技術的作用機理便在于此，重金屬的存在會改變酶活性因子的結構和性質，同樣也會降低酶的活力。酶抑制檢測技術在運用過程中可以準備相應的儀器，但是該方式很難直觀觀察金屬粒子等變化情況，所以需要通過光電信號來對其進行系統(tǒng)展現(xiàn)，所以該項技術在食品、環(huán)境等重金屬檢測當中得到了廣泛的運用。

（3）免疫分析檢測技術。該技術充分利用了化合物與重金屬離子之間的綜合性原理，具有靈敏性高的特點。免疫分析檢測技術在實踐運用時，為了保證氧化還原反應能夠充分完成，必須預留相應的空間結構，由此來保證免疫反應能夠得以充分地發(fā)揮。除此之外，該方法在運用過程中，重金屬粒子的檢測時可采用特殊抗體，通過綜合性檢測來保證結果的準確性。

六、土壤重金屬污染治理技術

1.物理修復技術

物理修復方法多種多樣，其中包括去土換土、土地深耕等，該技術在實踐當中的運用能夠保證去除土壤重金屬的高效性，但是該項工作工程量非常大，需要投入大量的人力和資金，在進行修復時，同樣也會對農(nóng)田造成一定的破壞，所以物理修復技術通常被運用在污染面積小的區(qū)域當中。隨著技術的不斷進步，電動修復也應運而生，該方式不僅更加的便捷快速，而且控制更加方便，具有成本節(jié)約的效果，并不會對土壤結構造成損壞。工作人員在治理過程中，首先可以將兩個電極插入到重金屬污染的土壤當中，通過直流電壓，讓重金屬粒子發(fā)生轉移和富集情況，然后在另一端析出。該方法適用于滲透性低的黏土地質，如果存在容易揮發(fā)的過程，例如Se等，可以采用熱處理修復技術，該方法操作更加簡單便捷，但是對于電能的消耗非常大，甚至會影響土壤結構，所以在實踐當中的運用很少。

2.化學修復技術

化學修復技術常用的方式是化學淋洗技術和穩(wěn)定固化修復技術。前者在技術應用時，首先需要做好土壤受污染的評測工作，了解重金屬的含量以及種類，同時選擇相應的淋洗液，洗去土壤當中的重金屬物質，該種方式操作非常簡單，但對土質有很高要求，如果沒有選擇合適的林洗液，甚至會造成二次污染，并不是在所有組織當中都適用。后者是有效控制重金屬的釋放量，降低物質的遷移性，避免重金屬被植物內部吸收，阻斷其傳播路徑，避免影響人體健康，常用的修復材料包括石灰、電廠灰等。但是該方法在運用時，并不能夠達到永久修復的目的，也無法對重金屬進行完全的清除。例如，汞類重金屬污染物在處理過程中，首先可以將鹽水溶解到沸水中，然后冷卻兩小時，加入硝酸—重鉻酸鉀存液，隨后上機檢測硫酸—重鉻酸鉀稀釋液。重金屬的類型是多種多樣的不同元素的特性并不相同，所以在污染物處理時，處理的方法并非理論上描述的那樣簡單，往往技術操作性更加的復雜，而且不同的重金屬采取的處理方法，同樣也會存在一定的差異性。值得注意的是，穩(wěn)定固化修復技術的基本流程就是鹽酸—硝酸—氫氟酸—高氯酸。該種方式在使用過程中，為了保證施液融入全部待測元素當中，會對土壤結構進行徹底的破壞，但在實操過程中，同樣還會面臨更加復雜的消解流程，尤其是電熱板的溫度控制難度非常大，加酸的時間點、酸的濃度要求高，所以控制難度更大。在進行操作時，如果無法實現(xiàn)完全消解，就需要多次加入相對的酸，對技術操作能力要求非常高，該項工作應由專業(yè)人員負責，嚴格按照標準流程對其進行執(zhí)行。為此在操作過程中必須保證操作人員具有較高的檢測技術水平，而且整體經(jīng)驗豐富。如果酸加得過量，就會對消解時間進行延長，甚至會損失部分金屬，如果消解不完全，會破壞礦物晶體，這些都會嚴重影響檢測結果的精準性。

3.生態(tài)修復技術

生態(tài)修復指的是通過生態(tài)技術來達到土壤修復的目的，可以采取種植吸收重金屬的植物，通過食物鏈模式來減少或去除重金屬物質含量。該技術在使用過程中，需要對農(nóng)作物的種類進行有效調整，科學施加有機肥，常見的方法便是對土壤pH值進行調節(jié)，適當改變水分以及養(yǎng)分，減少重金屬含量，相較于其他方式而言，生態(tài)修復技術對環(huán)境影響更低，資金投入更少，技術較為成熟，但是修復時間更長。

七、土壤中重金屬元素檢測工作的未來發(fā)展趨勢

1.智能化發(fā)展

社會的不斷發(fā)展促進了科學技術的進步，同時也為土壤重金屬元素的檢測提供了更多的選擇，伴隨著檢測儀器的不斷更新，很多儀器設備在實踐當中的使用都發(fā)生了很大的變化，極大提高了重金屬原則檢測的精準性，而且儀器在實踐當中的可操作性也非常高。隨著科技的不斷發(fā)展，重金屬檢測儀器同樣也會進一步發(fā)展，智能化是未來的主要方向，不僅能夠提高檢測過程的自動性，同時也可通過儀器設備的使用，減少對操作人員的技術要求，達到對檢測過程的科學控制。就目前來看。土壤重金屬檢測是一項系統(tǒng)性的工作，該項工作的開展必然面臨著大量的成本消耗，尤其是在檢測儀器使用方，這也影響了智能化檢測設備在實踐當中的有效應用。通過對未來發(fā)展情況的分析，如何降低并壓縮土壤重金屬檢測儀器的使用成本將是土壤重金屬檢測當中的重點工作，同時也需要技術的優(yōu)化來進一步促進土壤重金屬檢測工作的開展。

2.精確化發(fā)展

通過對前文分析情況的進一步整合，可以發(fā)現(xiàn)土壤重金屬元素檢測在實踐當中得到了有效運用，而且檢測方法也多種多樣，不同的方法適用于不同的范圍，既存在優(yōu)點，同樣也會存在缺點，隨著技術的不斷前進，更多的檢測方法會被運用到土壤重金屬的檢測過程當中，不僅能夠保證檢測的便捷性，同時也能夠保證檢測的精度，這也使得檢測工作的開展更加的便捷。為了保證土壤重金屬元素檢測工作的有效開展，必然需要高度重視儀器設備的精準化，這也是檢測工作未來的發(fā)展動向，舉例來說，在進行土壤有色金屬檢測時，需要通過現(xiàn)場檢測和實驗檢測兩重結果比對，通過結果數(shù)據(jù)的對比分析來得出綜合性的結果，保證檢測結果的精準性。當然在實驗檢測時，化學試劑的使用很容易對土壤造成二次污染，為了避免這一情況出現(xiàn)需要縮短檢測時間，而且數(shù)據(jù)的獲取是一個直觀的過程，必須從實踐情況出發(fā)，綜合分析土壤所處位置來判斷具體的參數(shù)，保證結果的精準性。

八、結語

綜上所述，科技的不斷發(fā)展，讓土壤重金屬檢測工作的開展更加方便，同時也誕生了大量的檢測技術，例如，PXRF法、AAS法等，不同技術在實踐當中的運用各有特點，同時也有其適用范圍。通過前文的分析可以了解到檢測手段的優(yōu)缺點非常明顯，為了保證檢測結果的準確性，必須根據(jù)工程實際，選擇具有針對性的檢測方法，而且檢測技術人員需要提高認識，不斷提升自身的操作能力，進一步推動土壤重金屬檢測技術的智能化、科學化發(fā)展。