土壤環境中有害化學物質的檢測與分析方法研究

＊孔小禹

（深圳市北研生態環境技術有限公司 廣東 518000）

隨著人類經濟和社會的發展，大量的化學物質被廣泛應用于農業、工業、醫療、家庭等領域，這些化學物質對于人類社會的發展起到了積極的推動作用。然而，這些化學物質也可能對人類健康和環境造成負面影響，例如，土壤中的有害化學物質殘留可能會影響植物生長和產量、土壤質量和生態環境，甚至會對人類健康造成威脅。因此，對于土壤環境中有害化學物質的監測和檢測顯得尤為重要。

1.樣品采集

(1)樣品數量

在土壤環境質量監測中，選擇合適的樣品數量非常重要。樣品數量的確定需要綜合考慮監測的范圍和目的，以確保監測結果具有可靠性和準確性。過少的樣品數量會導致監測結果的偏差，無法全面反映土壤環境質量狀況。因此，在樣品數量的確定過程中，需要進行科學的評估和規劃。例如，對于一個常規土壤環境質量監測項目，如果監測面積為1公頃（約10,000m2），通常建議至少設置5～10個采樣點。這樣可以較好地覆蓋監測區域的異質性和空間變異性。為了更全面地了解土壤環境質量情況，取樣點的密度應根據土壤的異質性進行調整。一般來說，對于較均質的土壤，可以考慮每0.5公頃設置1個采樣點；而對于異質性較高的土壤，建議每0.1～0.25公頃設置1個采樣點。

(2)樣品位置

樣品位置的選擇是影響土壤環境質量監測結果準確性的重要因素。樣品位置應該根據監測的目的和要求選擇合適的地點，具有代表性且易于采集的樣品位置應該優先選擇，例如，在可能受到污染的區域、污染源周圍、農業生產區等。為保證監測結果的可靠性，采樣時應注意避免選擇過于平坦或過于陡峭的地區，以及有障礙物和建筑物等影響采樣的地點。此外，還需要注意采集不同土層的樣品，土壤剖面中的不同土層可能存在著不同的性質和特征，通過采集不同土層的樣品，可以獲得更全面的信息，進一步了解土壤環境質量的情況。樣品位置的選擇需要充分考慮監測的目的和范圍，樣品應從不同的位置采集，以代表性地反映監測區域的土壤環境質量。可以選擇具有不同土壤類型、植被覆蓋、地形等特征的地點進行采集，以獲得更多樣性的數據。

2.前處理

(1)樣品干燥

樣品干燥是一種將土壤樣品中的水分除去的處理方式，這對于土壤有害化學物殘留的檢測非常關鍵。因為土壤中的水分含量較高，如果不進行干燥處理，會導致樣品中化學物質的分布和含量不均勻，進而影響檢測結果的準確性。干燥溫度和時間是關鍵的參數，需要根據樣品的性質和檢測方法的要求進行調整。例如，對于一般的土壤理化性質分析，如土壤質地、含水量等指標的測定，常用的干燥溫度為60～80℃，干燥時間通常在24h左右。而在進行土壤養分分析時，干燥溫度和時間也需要根據具體的檢測方法進行調整。例如，測定土壤中的全氮、全磷、全鉀含量時，干燥溫度一般為60～80℃，干燥時間通常在24h左右。對于土壤中有機物污染物的分析，干燥溫度和時間的要求可能會更高。例如，苯并[a]芘等多環芳烴的分析，常用的干燥溫度為105～110℃，干燥時間可能需要48h以上。

(2)樣品粉碎和篩分

樣品的粉碎和篩分處理是為了消除樣品顆粒的不均勻性，以提高提取效率和檢測精度。土壤樣品中顆粒大小不均，存在一定的粗顆粒和細顆粒。因此，需要將樣品進行粉碎處理，使其達到均勻狀態。在樣品粉碎后，需要通過篩網分選出符合要求的顆粒大小，以便后續分析。樣品的粉碎和篩分處理可以通過手動或機械方式進行。手動方式包括用研缽和杵進行研磨，而機械方式則包括用球磨機或切割機等設備進行處理。在進行樣品粉碎和篩分時，需要注意操作過程中的衛生和安全問題，以及樣品不應被污染和損壞。

3.儀器檢測

(1)色譜法

色譜法的主要優點在于能夠進行高效的化合物分離和定量分析。在色譜法中，樣品通過色譜柱進行分離，色譜柱的填充物和柱長、柱徑等參數都是影響分離效果的重要因素。另外，檢測器的選擇也十分重要，常見的檢測器包括熒光檢測器、紫外檢測器和質譜檢測器等。其中，氣相色譜法（GC）通常用于揮發性有機物的分析，如苯、甲苯、二甲苯等。它的原理是利用化合物在高溫下被分離和分解的特性，將揮發性有機物分離出來，并通過檢測器進行檢測和定量。液相色譜法（HPLC）主要用于分析極性有機物，如農藥、草甘膦等。它的原理是利用化合物在不同的溶劑中具有不同的溶解度和親和力的特性，通過液相色譜柱進行分離，再通過檢測器進行檢測和定量。在土壤質量監測中，色譜法是常用的分析方法之一，其結果準確可靠，具有高靈敏度和高分辨率的特點。不過，色譜法也有一定的使用缺點，例如，色譜法的分析過程相對復雜，需要一定的專業知識和技術支持。進行色譜分析需要專用的色譜儀器和設備，包括色譜柱、檢測器等，其購買和維護成本較高。色譜法適用于各種不同類型的物質檢測，包括有機化合物、無機離子、氣體、藥物、農藥、環境污染物等。

(2)質譜法

質譜法是一種基于質量分析原理的分析方法，其基本原理是將分析物轉化為離子，然后利用離子的質荷比（m/z）進行質量分析和鑒定。在質譜法中，通常使用質譜儀和串聯質譜儀進行分析。質譜儀通過將樣品中的化合物離子化，并根據離子的m/z值進行檢測。而串聯質譜儀則可以將分離的離子進一步分析和鑒定。時間飛行質譜法則通過利用離子在電場中飛行時間的差異來實現質量分析。質譜法在土壤質量監測中具有廣泛的應用。例如，可以通過質譜法檢測土壤中的有機物、重金屬、農藥等污染物。由于質譜法具有高靈敏度和高分辨率的優點，可以對土壤中的復雜化學物質進行定量和鑒定。但質譜法所需的儀器設備通常較為復雜且昂貴，包括質譜儀、離子源、質譜檢測器等，這增加了設備的購買和維護成本，限制了其在一些實驗室和場地的應用范圍。而質譜法對于物質的鑒定和定量需要依賴于標準物質的對照和參考數據庫的支持。如果缺乏適當的標準物質或數據庫，可能會對質譜分析的結果產生一定的限制。質譜法適用于廣泛的物質檢測，包括一些金屬元素、藥物、代謝產物等。

(3)光譜法

光譜法可以應用于各種化學和環境領域，包括土壤環境質量監測。在土壤中存在著各種有機和無機化合物，通過光譜法可以快速、準確地檢測這些化合物的存在和濃度。此外，光譜法還具有操作簡便、不需要樣品前處理、數據處理方便等優點。通過光譜法可以測量土壤中的元素含量、化合物的結構和種類、以及污染物的分布和來源等信息。紫外-可見吸收光譜法主要應用于檢測土壤中的無機物質，如重金屬離子的含量，熒光光譜法則適用于檢測土壤中的有機物質，如多環芳烴等的含量。在實際應用時，光譜法通常需要使用標準品進行校準和定量分析。然而，獲得適當的標準品可能會面臨困難，尤其是對于特定化合物或新興污染物的標準品可能不易獲取。此外，標準品的制備和穩定性對于光譜法的準確性和可重復性也具有重要影響。光譜法適用于多種物質的檢測，尤其是有機和無機化合物。

4.數據分析

(1)定量分析

定量分析是通過測量樣品中化合物的含量來確定其濃度。在土壤質量監測中，定量分析是評估土壤中污染物質濃度的重要手段。在進行定量分析之前，需要進行適當的前處理步驟，如樣品提取、干燥、粉碎、篩分等，以消除干擾因素，提高測量結果的準確性。同時，還需要選擇適當的測量方法和儀器設備，確保測量結果的可靠性和準確性。在進行定量分析時，常用的方法包括標準曲線法和外標法。在進行定量分析時，需要注意選擇合適的方法和適當的濃度范圍，以獲得準確的結果。本分析法具有一定的準確性和靈活性，但也有一定的缺點，例如，有時定量分析可能需要較長的分析時間，特別是對于復雜樣品或低濃度污染物的測量。此外，所需的儀器設備和耗材、標準品等也可能增加分析的成本。

(2)定性分析

定性分析是一種重要的化學物質分析方法，可以通過比對樣品的質譜或光譜數據和標準庫或數據庫中的數據，確定樣品中化合物的種類和類型。在進行定性分析前，需要對樣品進行適當的前處理和提取，以提高檢測靈敏度和特異性。對于復雜的樣品基質，還需要采用分離和純化等技術，以避免干擾和背景信號的影響。在比對樣品和標準庫或數據庫的數據時，需要考慮到儀器的靈敏度、準確性和特異性等因素，以避免誤判和漏判。定性分析可以快速確定樣品中化合物的種類和類型，并且具有較高的靈敏度。但需要注意的是，該分析法結果可能存在一定的主觀性，依賴于操作人員的經驗和判斷。不同的操作人員可能會對同一樣品得出不同的定性結論。

(3)聚類分析

聚類分析在土壤質量評價、環境監測和土壤治理等領域都有廣泛的應用。聚類分析的目的是將一組數據按照其相似性分為不同的類別，并形成一個層次結構或簇。聚類分析可以幫助決策者對土壤污染情況進行更深入的了解和評估，提供有效的治理和保護措施。在聚類分析中，可以采用不同的算法和技術，如層次聚類、K均值聚類、模糊聚類等。層次聚類是將樣品按照相似性分為不同的類別，并形成一個層次結構。K均值聚類則將樣品分為K個不同的簇，每個簇包含具有相似屬性的樣品。模糊聚類則允許樣品被分配到多個類別中，反映出樣品的不確定性和模糊性。聚類分析可以幫助發現數據中的隱藏模式和結構。通過將相似的樣品或數據點分組到同一類別或簇中，并且不需要事先對數據進行假設或制定預定義的模型。但要注意聚類分析對于異常值和噪聲數據比較敏感。異常值或噪聲的存在可能會影響到聚類結果的準確性和穩定性，需要進行適當的數據處理和去噪操作。

5.結論

綜上所述，土壤環境質量監測是保障人類生存環境和生態安全的重要措施之一。有害化學物殘留及含量檢測與分析是土壤環境質量監測中的關鍵環節。在采樣、前處理、儀器檢測和數據分析等環節中，需要注意細節、嚴格控制誤差和提高精度及準確度。同時，不同的檢測方法和技術應結合實際情況和需求進行選擇和應用，如氣相色譜-質譜聯用技術、光譜法、聚類分析等，可以更好地反映土壤中有害化學物的來源、分布規律和對環境的影響。日后，需要繼續發展高效、快速、準確的檢測方法，推進土壤污染治理和土壤環境的健康和可持續發展。