土壤重金屬快速監測技術分析及應用

張偉

摘? 要：近年來，隨著我國工業的快速發展，在大幅度提升我國國民收入的同時也使國內的環境污染越來越嚴重，其中重金屬污染就是典型的工業污染類型。與其他污染類型不同，重金屬污染物對土壤造成的破壞具有一定的延續性，在很長一段時間都影響了土壤的質量，進而導致土壤中的植物受到污染。因此，相關技術檢測部門需要對土壤中的重金屬元素種類和含量進行全面的檢測，只有這樣才能對土壤有針對性的防護與治理，防止土壤污染的進一步加重。在此背景下，該文以土壤重金屬污染的危害為切入點，對當前土壤重金屬快速監測技術進行了重點分析，并闡述了土壤重金屬監測技術的應用前景，最后總結了如何才能做好土壤重金屬快速監測質量控制。

關鍵詞：土壤重金屬;快速監測; 熒光光譜技術

中圖分類號： X833? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

重金屬污染是當前我國土壤污染中最嚴重的環境問題之一，重金屬污染問題得不到解決會對土壤質量造成持久性的破壞，甚至會影響植物的質量，對人類身體健康造成危害，因此治理土壤重金屬污染，已成為環保部門亟待解決的問題。要想成功治理土壤重金屬污染就必須對土壤中的重金屬含量和種類進行準確測量，重金屬快速監測技術在其中發揮了重要的作用。當前，土壤重金屬監測技術有很多，其中較為常見的包括熒光光譜技術、生物傳感器技術、激光誘導擊穿技術、高光譜遙感監測技術和環境磁學監測技術等，該文將對以上快速監測技術進行詳細的介紹。

1 土壤重金屬污染的危害

重金屬是指相對密度超過5的金屬元素，當前常見的重金屬元素主要包括鉛、汞、鉻、鋅和銅等元素。如果土壤中重金屬含量過多，超出了安全范圍，就會導致土壤出現重金屬污染的情況。通常來說，如果在對植物進行灌溉時用水質量不達標、工業采礦時采礦方法不符合規定或者工業廢水排放質量不達標都會導致土壤重金屬污染。一般情況下，如果土壤中重金屬元素超標，重金屬污染是不會自己進行降解的，它會長期在土壤中留存，如果人和動物食用了土壤中的植物，重金屬元素還會在人和動物體內逐漸積累，對人和動物身體健康造成威脅。近年來，隨著科學技術的不斷發展，土壤重金屬監測技術也在不斷更新，因此需要相關人員對土壤中的重金屬進行實時監測，同時需要技術人員不斷地更新改進土壤監測技術，加強快速監測手段，進而從根本上提升我國土地環境質量[1]。

2 土壤重金屬快速監測技術

2.1 熒光光譜技術

熒光光譜技術又稱為X射線熒光光譜技術，這種監測技術主要可以對土壤進行定量和定性分析。其主要工作原理是對采集到的土壤樣品進行X光照射，樣品能夠吸收X射線，土壤中不同的重金屬元素吸收X射線后會產生不同波長的熒光，技術人員根據熒光的波長和能量能夠判斷出土壤中含有重金屬的元素種類和含量。熒光光譜技術的主要優點是不會對土壤樣品造成其他污染和破壞，另外熒光光譜監測技術具有較高的監測速度和較高的穩定性，如果有需要能夠直接在現場實施監測。近年來，在熒光光譜技術的基礎上又發展出了一些新的監測分析技術，例如電子探針X射線光譜監測技術、全反射X射線熒光分析監測技術和偏振激發X射線熒光分析監測技術等。采用這些新型技術后，監測技術的靈敏性和準確度都有了較大幅度的提升，且對土壤取樣量要求不高，監測過程復雜性有所降低，因此熒光光譜監測技術在土壤重金屬監測方面已引起了廣泛的關注。

2.2 生物傳感器技術

生物傳感器監測技術是依靠蛋白質、酶這兩種物質進行的重金屬快速監測。眾所周知，蛋白質和酶具有一定的生物識別能力，這種具有生物識別能力的物質與監測土壤結合可以發生相應的變化，變化情況能夠轉換成容易被捕捉到的電信號或者光信號，監測人員對捕捉到的電信號或者光信號進行分析，就能測量出監測物質中所含貴金屬的種類和含量。現階段，我國監測機構中常用的傳感器主要包括免疫傳感器、細胞傳感器和生物傳感器等[2]見表1和表2。

2.3 激光誘導擊穿技術

激光誘導擊穿技術又稱為激光誘導擊穿光譜分析法，它是一種借助于等離子體發光進行土壤成分探測的一種污染檢測方法、激光誘導擊穿技術的工作原理為：讓激光穿透會聚透鏡，土壤表面的物質經過高峰值功率激光的照射會發生氣化和電離反應，這時光學系統將土壤表面輻射出來的原子和離子光譜收集起來，監測人員將收集起來的光譜信息輸入計算機系統，就能判斷分析出土壤中所含物質的種類和質量。激光誘導擊穿技術具有十分明顯突出的優勢，監測人員利用這種技術能夠在同一時間定量和定性分析出土壤中所含的不同物質和狀態，另外采用這種方法進行監測分析對監測樣本質量沒有過高的要求，因此能夠節省大量人力，還能夠大幅度提升監測分析效率。

2.4 高光譜遙感監測技術

當前高光譜遙感監測技術主要包括地面高光譜遙感監測技術和航空航天高光譜遙感監測技術。其中地面高光譜遙感監測技術是將傳感器用三腳架、遙感車等儀器搭載起來，利用搭載后的傳感器進行監測的技術防范，這種地面高光譜遙感監測技術可以進行各種地物波普測量。而航空航天高光譜遙感監測技術是指利用飛機飛艇或者氣球搭載傳感器，對地面進行遙感觀測監測，因此，航天遙感監測技術又稱為太空遙感監測技術。高光譜遙感監測技術的優點是監測效率高、監測范圍大，相對于傳統遙感監測技術具有更小的采樣間隔和更高的空間分辨率，因此這種高光譜遙感監測技術在土壤、植被、農業和環境監測中具有極大的前景和價值。

2.5 環境磁學監測技術

環境磁學監測技術是利用磁性質進行污染監測的技術方法，在自然界，任何物質都具有一定的磁性質，監測人員根據物質對外產生的磁效應和電流，能夠檢測出土壤中所含物質的性質和數量，從而推算出土壤中有害重金屬的構成和含量。

3 幾種土壤重金屬快速監測技術的應用前景

3.1 熒光光譜技術的應用前景

X射線熒光光譜技術以其監測速度快，對土壤無二次污染等特點，成為了當前發展速度最快的土壤重金屬監測技術。但是，為了更高效準確地進行測量，該項技術在未來還應該有所優化，例如在進行監測時，技術人員應該對光譜線進行必要處理，同時還應該對光譜譜峰進行更精細的識別，提升監測結果的準確性[3]。

3.2 生物傳感器技術的應用前景

使用生物傳感器進行監測時，由于生物酶具有很強的單一選擇性，很難對待檢樣本中的多種物質同時進行監測，因此這種方法只偶爾的被應用在土壤重金屬監測過程中。在未來發展中，監測技術人員應該將研究重點放在多免疫抗體和多酶抑制監測技術上，同時監測設備和監測過程的精化、智能處理也是未來生物傳感器監測的開發重心。

3.3 激光誘導擊穿技術的應用前景

近年來，激光誘導擊穿技術飛速發展，此項技術遇到的主要問題是在進行土壤檢測時，監測人員獲得的譜線密度十分復雜，對監測結果有較大的影響，因此未來研究中，應該將提升土壤樣品表面平整度作為研究的主要重心[4]。

4 土壤重金屬快速監測的發展趨勢

4.1 提升監測的主動性

未來對土壤中重金屬的檢測應由過去的被動檢測向未來主動監測發展，傳統的檢測只能在土壤已經出現污染情況后檢測出來，因此無法達到提前預防的目的。在未來發展中，應該實現以點帶面，大面積進行檢測，及時發現土壤污染，盡早處理。

4.2 提升土壤監測的綜合性

當前使用最多的檢測方法是實驗室化學檢測法，這種檢測方式無法進行大面積快速檢測，因此未來發展中具有更高綜合性的遙感車監測、無人機等航空平臺監測將是一個重要發展趨勢，利用綜合性更高的監測方法能夠快速、大面積的分析、治理土壤重金屬污染。

5 結語

綜上所述，對土壤進行質量監測，分析土壤中重金屬的含量是解決土壤污染的重要手段，因此應該對土壤重金屬監測技術進行全面細致的分析，總結出具有可行性的應對措施和治理方案。

參考文獻

[1]龔海明，馬瑞峻，旺昭軍，等.農田土壤重金屬污染監測技術發展趨勢[J].中國農學通報，2013（2）：140-147.

[2]施玉格.農田土壤重金屬污染監測技術的發展[J].資源節約與環保，2014（9）：123.

[3]王豹，余建新，黃標，等.便攜式X射線熒光光譜儀快速監測重金屬土壤環境質量[J].光譜學與光譜分析，2015（6）：1735-1740.

[4]蔣世杰.土壤顆粒物中重金屬監測技術進展[J].環境與發展，2018（8）：176，178.