淺談土壤污染的檢測手段

柴祿

摘 要 介紹目前幾種常見的土壤污染類型，并以此為基礎，闡述了氣相色譜分析法、高效液相色譜分析法、原子吸收光譜法、近紅外光譜法以及X射線熒光光譜法等土壤成分的分析和污染檢測手段。通過這些檢測手段可快速獲取土壤結構和組成等多種基礎數據，可為開展土壤修復工作提供理論依據。

關鍵詞 土壤檢測;組成分析;檢測手段

中圖分類號：S289 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2019.15.095

任何植物的生長都離不開土壤。在當今農業科技高度發展、我國人口與耕地資源極度不平衡的情況下，人們采取了多種手段獲取更多的植物資源，隨之帶來的是更多的化學肥料和殺蟲劑的使用，造成了嚴重的土壤污染，阻礙甚至破壞了生態系統的穩定發展。因此，改善土壤問題亟待解決。而土壤成分分析和污染檢測將為土壤修復提供最基礎的數據依據。

1 土壤污染來源

土壤的污染主要分為肥料污染、農藥污染和重金屬污染3大類[1]。

1.1 肥料污染

隨著社會的不斷發展，國家農業的產能需求日益增長，農耕地呈現日益減少的局面。為提高土壤的使用性能，追求產量和質量，人們在農作物生長過程中過度使用化學肥料，破壞了土壤原有的結構，使得土壤出現酸化和板結現象。因此，種植人員應科學合理使用化學肥料，保障土壤健康。

1.2 農藥污染

土壤可以實現對部分污染物質的有效凈化，但由于凈化能力有限，當污染物質累積越來越多時，將超出土壤的凈化能力，形成土壤污染。適量的農藥可以清除蟲害與雜草，但過度使用會造成土壤污染，影響農作物和植物的生長。

1.3 重金屬污染

工業廢水廢渣的無處理排放、含重金屬廢水灌溉農田以及重金屬農藥的使用，均可造成土壤重金屬污染。重金屬能夠在很大程度上減弱土壤肥力、減低農產品質量與產量，從而影響農產品的持續生長。此外，殘存的重金屬污染物通過土壤進入生長的植物，直接威脅人的生命健康。

2 土壤檢測手段

為更好地應對土壤污染，將重點介紹氣相色譜分析法、高效液相色譜分析法、原子吸收光譜法、近紅外光譜法和X射線熒光光譜法等常見的檢測手段。

2.1 氣相色譜檢測法

氣相色譜法是檢測土壤的常用方法之一，主要用于檢測農藥殘留，通過載氣沖洗實現色譜分離，又稱氣相層析法。它的工作原理是利用色譜中流動相在固定相中不同分配系數的特性，當土壤中的成分被氣化后，進到色譜柱中進行多次分配與重組。此過程中各成分溶解程度不同，可以實現科學、合理分析。氣相色譜檢測法廣泛應用于化工成品的檢測。這種方法的使用，可以實現對土壤中農藥殘留的測定與分析，有助于充分了解土壤中的農藥含量[2]。朱曉蘭等[3]采用加速溶劑萃取—氣相色譜法測定10種含有有機磷農藥的土壤，將土壤樣品與萃取劑混合后在加速溶劑萃取儀上以10.3 MPa、60 ℃提取10 min，對土壤中的回收率在80.4%～113.7%，有機磷農藥殘留檢出限為0.01～0.06 μg·kg-1。李飛飛等[4]應用氣相色譜氮磷檢測器對土壤中霜霉威的殘留量進行測定，方法的最低檢出量為1×10-10 g，最低檢出質量分數為0.03 mg·kg-1。

2.2 高效液相色譜法

高效液相色譜主要是在典型液相色譜方法的基礎上研究提出的，是一種全新的分離技術。近年來，高效液相色譜法的使用范圍逐漸擴大，重要性也在提升。高效液相色譜法具有檢測效率高、結果準確和適用性廣的特點，可以實現對土壤、水分以及大氣等多種物質的檢測，還能對其中的農藥殘留與殺蟲劑殘留進行針對性測試，有效幫助檢測人員高效分析土壤情況，但檢測成本較高。因此，要想這一技術得到廣泛使用，需要加強降低檢測成本的相關研究[2]。李彥文等[5]利用固相萃?。⊿PE）-高效液相色譜法（HPLC）同時測定水和土壤中5種磺胺類抗生素的分析方法，檢出限分別為0.94～13.2 ng·L-1和0.24～3.3 μg·kg-1。

2.3 原子吸收光譜法

原子吸收光譜通過檢測蒸汽中被檢測元素中的基態原子所吸收原子共振輻射強度大小，有效確定元素的具體含量。目前，可通過火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法和氫化物發生法等3種檢測手段實現[6]。幾種方法的優缺點和適用范圍見表1。

采用原子吸收光譜法前，需先對土壤樣品進行處理。由于土壤樣品基質的差異性，可依據實際情況采取不同的處理方式。目前的方式主要有電熱板濕法消解法、干灰化法和微波消解法。其中，電熱板濕法消解法操作簡單，使用普遍。例如土壤中金屬鎘的檢測，可采用二乙基二硫代氨基甲酸鈉為檢測絡合劑，使用四氯化碳作為萃取劑，利用硝酸-過氧化氫進行反萃取，使之轉化成水相，然后可以使用火焰原子吸收光譜法檢測金屬鎘。另外，土壤中鋁元素的檢測可采取石墨爐檢測法。

2.4 近紅外光譜法

土壤是身份復雜的物質，主要包含有機物和無機物。其中，有機物中有大量的烷烴、芳香族、含氮和含氧物質等，而土壤有機質的含量與土壤肥力密切相關。通過近紅外光譜檢測手段可實現土壤中物質結構和組成的分析[7]。

近紅外光的波長范圍為700～2 500 nm，電磁波介于中紅外光和可見光。近紅外光譜可吸收C-C、C-H、C-O、N-H、P-H以及S-H等集團。幾乎所有有機物的主要結構在近紅外譜區都有信號，且光譜易獲取、譜圖穩定，可快速實現對土壤中水分、有機質以及氮磷鉀等含量的檢測[8]。Bowers等[9]用1 400 nm、1 900 nm和2 200 nm反射波長準確測量了土壤水分含量。Dalal等[10]用1 744 nm、1 870 nm和2 052 nm波長對澳大利亞土壤有機碳進行預測并取得了良好結果。Linker等[11]用中紅外傅里葉變換—衰減全反射法（FTIR—ATR）直接測定土壤團粒中的氮含量，根據土壤類、碳酸鹽含量和土壤粘土含量將土壤分類，得到了較準確的氮含量。

2.5 X射線熒光光譜法

X射線熒光光譜法主要通過X射線透射被檢測物質中的原子，使其產生X射線，而不同元素與X射線熒光一一對應，以此為基礎分析物質的物理和化學構成。此外，X熒光射線的強度與元素的含量呈現正相關關系，因此X射線熒光光譜法可實現對土壤中元素的定性和定量分析[12]。

利用X射線檢測的過程中，因檢測結果會受到同物質的相互作用，如相干散射及康普頓散射等，需對熒光光譜本底進行扣除，以保證檢測結果的科學性和準確性。為減輕不同元素之間的相互影響，需用經驗系數法、理論影響系數法以及基本參數法等數學校正方法進行熒光分析基體校正。該方法具有檢測過程簡單、檢測數據準確和不破壞樣品的特點，在土壤檢測分析中得到了廣泛應用。賈立于[13]利用粉末壓片X射線熒光光譜法對土壤環境質量指標Pb、As、Zn、Cu、Ni和Cr進行測定，技術指標良好。滕彥國等[14]利用EDXRF方法成功分析了攀枝花地區土壤中重金屬的含量，評價了該區土壤重金屬污染的特征，結果表明該區重金屬污染主要與工礦活動有關。

3 結語

氣相色譜利用流動相在固定相中的不同分配系數的特性，土壤中的成分被氣化后進到色譜柱中進行多次分配與重組，可科學、合理地測定和分析土壤中的農藥殘留。高效液相色譜是一種全新的分離技術，可實現對土壤、水分以及大氣等多種物質的檢測，還能夠對其中的農藥殘留與殺蟲劑殘留進行針對性測試，可高效準確地分析土壤情況。原子吸收光譜通過檢測蒸汽中的被檢測元素中的基態原子所吸收原子共振輻射強度大小，可有效確定元素的具體含量。紅外光譜法通過特定官能團可獲取土壤中物質結構組成，幾乎所有有機物的主要結構在近紅外譜區有信號且光譜易獲取、譜圖穩定，可快速實現對土壤中水分、有機質以及氮磷鉀等含量的檢測。X射線熒光光譜法主要通過X射線透射被檢測物質中的原子使其產生X射線，而不同元素與X射線熒光一一對應，以此為基礎分析物質的物理化學結構，實現對土壤中元素的定性和定量分析。

參考文獻：

[1] 章哲，章日亮，楊佳佳，等.農業環境中的土壤污染及檢測手段分析[J].現代農業科技，2018（5）：177-178.

[2] 傅程玲.基于環境中的土壤污染及檢測手段研究[J].資源節約與環保，2017（2）：52.

[3] 朱曉蘭，蔡繼寶，楊俊，等.加速溶劑萃取-氣相色譜法測定土壤中的有機磷農藥殘留[J].分析化學，2005，33（6）：821-824.

[4] 李飛飛，黃榮茂，胡德禹，等.氣相色譜測定土壤中霜霉威的殘留[J].農藥，2010，49（2）：131-132.

[5] 李彥文，莫測輝，趙娜，等.高效液相色譜法測定水和土壤中磺胺類抗生素[J].分析化學，2008，36（7）：954-958.

[6] 臧娜.原子吸收方法在土壤檢測中的應用研究[J].資源節約與環保，2016（5）：186.

[7] 劉燕德，熊松盛，劉德力.近紅外光譜技術在土壤成分檢測中的研究進展[J].光譜學與光譜分析，2014，34（10）：2639-2644.

[8] 陳鵬飛，劉良云，王紀華，等.近紅外光譜技術實時測定土壤中總氮及磷含量的初步研究[J].光譜學與光譜分析，2008，28（2）：295-298.

[9] Hanks R J，Bowers S A.Non-Steady-State Moisture，Temperature，and Soil Air Pressure Approximation With an Electric Simulator[J].Soil Science Society of America Journal，1960，24（4）：699-705.

[10] Dalal R C，Henry R J.Cultivation Effects on Carbohydrate Contents of Soil and Soil Fractions[J].Soil Science Society of America Journal，1986（50）：120.

[11] Linker R，Weiner M，Shmulevich I，et al.Nitrate Determination in Soil Pastes Using Attenuated Total Reflectance Mid-infrared Spectroscopy：Improved Accuracy via Soil Identification[J].Biosystems Engineering，2006，94（1）：111-118.

[12] 陳霄龍.X射線熒光光譜法檢測土壤中重金屬的研究[D].長春：長春理工大學，2014.

[13] 賈立于.土壤環境質量指標Pb、As、Zn、Cu、Ni、Cr的X射線熒光光譜法快速測定[J].環保科技，2010，16（1）：14-16.

[14] 滕彥國，度先國，倪師軍，等.EDXRF方法在土壤重金屬污染評價中的應用[J].核技術，2003，26（6）：440-443.

（責任編輯：趙中正）