農田土壤和灌溉水中重金屬檢測關鍵技術研究

賈 鵬

山東省淄博生態環境監測中心 山東 淄博255000

前言

傳統的重金屬監測技術雖然具備重復性良好、準確度高和選擇性好等許多優勢,但這對操作人員的專業水平有很嚴格的要求,而且檢測設備體積過大、造價也十分昂貴,尤其是檢測周期很長,無法在農田環境下實現廣泛普及和應用。正是在這種形勢下,促使了電化學法的誕生,憑借著方便攜帶、檢測周期短、價格實惠、選擇性好和靈敏度高等優點,最重要的是還能和不同傳感器聯用以檢測出多種重金屬,即便是在農田環境下,也能隨時開展檢測,所以該技術一經推出,就受到了廣大農業人員的追捧和廣泛應用。

1 重金屬對于農村土壤的影響

農田土壤重金屬污染物主要包括Cd、Pb、Cu、Hg.Cr、Zn、Ni及類金屬As等,主要通過大氣沉降、污水灌溉、固體廢棄物以及使用農用物資的方式進入農田。例如:汽車和摩托車中的尾氣含有的重金屬以氣溶膠的形式進入大氣,并經過自然沉降和降水進入土壤;工業廢水中的未處理掉的重金屬經地下水進入土壤;工業固體廢棄物中的重金屬以及農用物資中的未被利用的重金屬則經日曬雨淋向四周的土塘擴散;未經處理的重金屬污染物通過干濕沉降進入土壤,對土壤造成污染等。

2 農田土壤灌溉水重金屬污染監測技術

2.1 光譜技術 在目前新研發出來的農田土壤灌溉水重金屬污染監測技術中,光譜技術是最具代表性的一種,該方法的優勢在于靈敏性極高,但也伴隨著大量檢測成本的消耗,檢測操作過于復雜、對檢測設備要求較高、檢測周期很長等,這些需要經費來加以支撐才能順利進行。不僅如此,要使用這種技術就得涉及到X 射線熒光光譜法的應用,X 射線熒光光譜法是利用樣品對X射線的吸收隨著樣品中的成分及其多少變化而變化來定性貨定量測定樣品中成分的一種方法。它具有分析迅速、樣品前處理簡單、可分析元素范圍廣、試樣形態多樣性、光譜干擾少、譜線簡單以及測定時的非破壞性等特點。

2.2 電化學分析技術 這是一種利用電化學傳感器對土壤中重金屬含量進行檢測的技術,與上述的光譜技術存在很大的區別。其最大亮點就是全程可實現自動化檢測,所以在現場快速檢測土壤重金屬含量方面很受歡迎。值得一提的是,大分子顆粒有機物、表面活性劑等土壤污染物都會使其最終的檢測結果大大降低,這在普通漿料檢測過程中表現得最為突出。因此,要求今后相關科研人員要將工作重心轉移到研發電化學傳感器上來,最好是能在現有的抗干擾能力、靈敏度等方面往上提升一個檔次。在化學成份分析中,電化學分析方法是公認的準確、快速、靈敏的微量和痕量分析方法,其測定的濃度能低至10-12 mol/L(金屬離子),并且儀器簡單,但是存在一定的離子干擾。

2.3 生物傳感器技術 這種技術主要是應用綜合金屬離子和固定在電極材料中的特異性蛋白,使蛋白結構發生改變,再通過靈敏的電容信號傳感器來檢測出土壤樣品中的重金屬含量,這樣當土壤重金屬含量發生變化時,相關工作人員也能精準檢測并實時掌握。目前,這項技術已經能夠準確檢測出水溶液中毒性化合物的具體含量。只是在實際應用過程中,還有許多方面亟待進一步完善與優化,比如生物活性需要在指定環境下才能維持在正常范圍。所以,該項技術還需要更加深入的研究和開發,才有望能實現廣泛普及和應用。

2.4 酶抑制技術 酶抑制法的運作機理為通過毒性重金屬離子和生物酶相結合,從而使酶的活性變低,使底物酶的化學性質發生變化,進而導致顯色劑的顏色、電導率、PH 值以及特定波長的光線吸光度產生變化,最后通過這些變化得出重金屬的種類以及濃度。酶抑制法能夠用來對水環境里的重金屬實施檢測,它的優點主要為檢測快、操作簡單、便于檢測等。這是一種利用重金屬離子和酶活性因子間發生的甲硫基反應,使酶活性因子的性質及結構發生變化,在抑制酶活力的同時,選擇相應儀器來檢測土壤樣品中重金屬含量的方法。在實際應用過程中,吸光度、電導率等變化情況都可以通過顯色劑顏色的變化而展現出來,有利于工作人員的實時觀察,包括土壤重金屬含量與酶系統之間存在的數字關系,也可以通過放大光電信號的方式進行顯示。酶抑制法具有方便、快速、經濟等優點,可用于現場快速檢測,但是它的靈敏度和準確性低于傳統檢測技術。

2.5 免疫分析技術 免疫分析法,由于其本身具有一定的特別性和靈敏性,所以在實際應用過程中,要對以下兩個方面引起高度重視:一方面是對絡合物進行合理使用,確保能夠有效綜合重金屬離子,同時要為其留下充足的空間結構,這樣后續的氧化還原反應才能順利完成。另一方面是保證載體蛋白能接收綜合金屬離子化合物,產生足夠的免疫原。除以上兩點之外,選擇相應具有特異性抗體對金屬離子化合物進行綜合,提高免疫分析技術的準確性也是十分重要的一項內容。

3 總結

土壤作為人類生存發展的主要資源,也是農業生產的根本,對于農田土壤灌溉水的保護是保障糧食以及食品安全的根本基礎。現目前我國土地重金屬污染較為嚴重,成為了制約我國現代農業發展的關鍵問題,本文就主要針對農田土壤灌溉水中重金屬檢測關鍵技術研究希望能為我國農田土壤灌溉提供相應的理論依據和參考資料。