試析土壤重金屬光譜檢測技術的發展進程

施新花

（江蘇省海門市環境監測站，江蘇 海門 226100）

1 重金屬光譜檢測法

1.1 原子吸收光譜法。原子吸收光譜法（AAS），是通過檢測待測樣品原子蒸氣輻射出來的特有光波來進行定量分析，原理是光源輻射出波長一定的入射光，入射光在經過原子化器中時有部分被原子蒸氣所吸收，未被吸收的光經過分光系統以及監測系統測得相關數據，即吸光度。通過吸光度和待測元素的院子濃度的線性關系，可以求得待測物質中相關元素的含量。這種方法有點突出，即擁有較高的靈敏度、較快的分析速度、廣泛的測量范圍、簡單的儀器組成以及方便的操作方法，能夠對微量和痕量重金屬作出快速分析。

1.2 原子熒光光譜法。原子熒光光譜法（AFS），是一種通過測定原子在激發狀態下所發出的熒光強度，對原子進行定量分析的光譜分析方法。使用原子熒光光譜法測定土壤中相關重金屬原子以及其他元素的方法較多，如氫化物發生-原子熒光光譜法、程序控溫石墨消解-原子熒光光譜法、雙道原子熒光光度計法等等。

1.3 電感耦合等離子體發射光譜法。電感耦合等離子體發射光譜（ICP-AES）是通過判斷樣品中相關原子或者離子被激發所產生的特征輻射，從而進行相關分析。依次使用鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸對土壤樣品進行消解，采用電感耦合等離子體原子光譜法對其進行元素分析。經過國家一級土壤標準物質分析發現經過優化的電感耦合等離子體發射光譜法擁有較高的精密性。

1.4 激光誘導擊穿光譜法。激光誘導擊穿光譜技術（LIBS）為一種常見的激光燒蝕光譜分析技術。該技術能夠實現快速和實時的樣本分析，在相關物質的定性和定量分析中被廣泛采用。激光誘導擊穿光譜主要用于檢測質量分數高于10-6的元素。國內的研究人員曾利用激光誘導擊穿光譜法對表面氧化鋼中鉻鎳銅鋁等元素、高爐流道中的組分和溫度、鋁合金中銅鐵硅、彩繪文物、不銹鋼等進行分析，這種方法同樣可以運用到土壤樣品中重金屬元素的定量和定性分析。

1.5 X射線熒光光譜法。X射線熒光光譜（XRF），是一種使用X射線對樣品中成分和含量的定性和定量分析的技術。中國科學院環境光學與技術重點實驗室和安徽光學精密器械研究所的研究人員在實驗條件下，使用NITON XLt793型便攜式X射線熒光光譜重金屬分析儀對土壤中的鉛元素展開分析，測定不同鉛濃度中特征譜線的變化情況，并找出光譜強度與濃度呈線性關系的鉛濃度范圍，建立了相關的定標曲線。

1.6 表面增強拉曼光譜法。表面增強拉曼光譜（SERS）利用增強因子將常規拉曼光譜信號增強，降低常規拉曼光譜散射截面低所帶來的不利影響。表面增強拉曼光譜法應用的領域較廣，可以用于測各種食品和藥品中的添加劑成分的檢測、牛奶中三聚氰胺的檢測、水產品中孔雀石綠的檢測。在科學研究中具有重要意義，如被用于研究鐵吡啶類緩沖劑和自組裝DNA同鈷鄰菲Luo啉配合物離子作用的研究。

2 土壤重金屬光譜檢測國內外研究現狀

2.1 國外研究現狀。國外對于土壤重金屬光譜檢測技術的研究較多，如利用反射光譜對礦區土壤的重金屬污染進行評估，使用LIBS探討土壤中相關技術元素的檢測限和分析方法，使用電感耦合等離子體發射光譜技術對經過處理的土壤進行重金屬含量和形態的分析。同時研究的方向不斷多元化，如探討利用智能軟件技術結合LIBS對土壤鎘元素進行分析，利用特殊的X射線熒光光譜對有機垃圾引發土壤重金屬污染的情況的分析。

國外研究人員使用近紅外光譜能夠定量分析廢氣中所含的金銀礦的土壤重金屬，以及重金屬分布圖描繪。使用電感耦合等離子體原子發射光譜法測定重金屬在土壤中的形態進行分析。結合計算機智能軟件技術LIBS定性和定量技術，研究土壤中的鉻，利用反射光譜對開采后的礦區土壤重金屬污染進行評估。應用LIBS測量系統測量土壤約，鉀，鎂的檢測極限，分別為 12、9、9、7mg/kg。通過研究在土壤中的大部分金屬的檢測極限為10-100ppm，國外研究人員通過土壤重金屬的等離子體溫度的測試結果，對定量分析的檢測和分析的應用進行了討論。部分研究者使用原子吸收光譜法能夠檢測土耳其的色雷斯地區的表層土壤中的某些元素和鋅的重金屬含量。

2.2 國內研究現狀。國內對于重金屬光譜檢驗的研究較晚，但是發展速度比較快。國內進行的重金屬光譜檢驗主要有以下幾個方面：利用原子吸收分光光度分析法對經過多種酸進行消解的土壤樣本分析，準確測定了其中的銅、鉛等成分的測定；通過表面增強拉曼光譜法，以巰基苯甲酸為標記并作為自我組裝修飾分子，利用掃描電鏡實現對重金屬離子的分析等。國內研究人員通過全分解的方法進行消解土壤樣品，并且結合了原子吸收分光光度法和標準加入法測定土壤中的鋅、銅、鎬、鉛、鉻、鎳的含量。部分研究人員對巰基苯甲酸為拉曼標記和自組修飾分子，采用了掃描電鏡表征納米粒子的組裝以及以表面增強拉曼光譜檢測表面標記分子的信號，以此實現重金屬離子的檢測。還有研究人員基于LIBS的方法通過對土壤中的中金屬進行實時檢測并對實驗數據進行了分析，旨在探討激光誘導離解光譜技術的定量化反演方法的應用。

3 對重金屬光譜檢驗的討論

對土壤重金屬光譜的檢驗的關鍵技術問題在于土壤重金屬的消解，因為土壤中的重金屬多以化合物的形式存在，其檢驗需要進行前期處理，這也是檢測結果精確定的決定因素之一。傳統的消解方法多為濕法消解或者干法灰化，部分人員針對土壤重金屬測定中不同的消解方法作了對比和研究，得出密閉容器消解法優于點熱飯法和干灰化法。在x射線熒光光譜檢測中，基體效應的校正和本底的扣除則是它的關鍵問題。有些人對能量色散x射線熒光光譜背景扣除方法進行了探討，采用的是波峰法和小波峰法對實際的譜線進行了處理，并且取得了很不錯的效果。還有部分人員將神經網絡的基本參數算法應用在了x射線熒光定量的分析之中，并且與理論系數相比之下，nnfp的算法提高了非線性基體效應的校正能力以及預測的準確度。

結語

由于社會經濟的高速發展，產生大量的工業和生活垃圾是在所難免的，然而這些垃圾對我們的土地造成嚴重污染，其中重金屬的污染危害最為嚴重。因此，建立一整套重金屬檢測技術體系意義重大，而光譜檢測技術在這方面的發展潛力為人們所看好。

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