土壤中重金属监测分析技术研究

贾雪菲 冯玉立

（洛阳市环境监测站，河南 洛阳 471000）

在工业生产过程中，很多未经过处理的污水直接向农田排放，对农田土壤造成了污染。重金属在土壤中移动性较小，且不能够被微生物降解。通过食物链，重金属可以进入到人体，严重危害人体健康。为此，进行土壤中重金属监测分析，其现实意义重大。本文重点对土壤重金属监测分析技术进行研究，并通过精密度及准确度分析，保证了土壤重金属监测的有效性。

1 当前土壤重金属污染状况

土壤重金属污染含义：人类活动中，造成土壤中某种重金属含量严重超过土壤中该类金属的原生含量，从而导致该区域内生态环境恶化问题。

污染来源：当前造成土壤污染的重金属元素主要是As、Cr、Cd、Pd、Ni等重金属，这些重金属通常都具有较为显著的生物毒性特征，而同样会造成土壤污染的重金属元素Ni、Cu、Zn等在毒性上则为具有一定毒素。日常生活和生产中，造成土壤重金属污染问题的原因主要包括化肥和农药的使用、污水排放和石油类化工制品的使用等［1］。例如化工厂、造纸厂、炼钢厂等污水排放造成临近区域中土壤重金属超标。

危害解析：土壤重金属污染问题主要在于重金属具有移动性较低，其在土壤中存在时不能进行微生物降解，重金属超标土地上种植的食物进入人体和动物体内之后，容易导致人和动物的重金属中毒。

2 土壤样品的采集、保存、制备和样品预处理

2.1 合理设置采样点

为了确保土壤重金属监测分析技术研究更具有普遍研究价值，设置采样点时选择按照不同土壤污染类型做采样点设计，从而确保检测点设置具有更强的合理性。设置综合污染型土壤采样点时，主要采取的布点方式是均匀、带状和综合的放射状布点。

2.2 样品的采集和保存方法

研究中选用农田土壤为综合污染型，采集样品土壤时，以地表20cm范围内的表层土壤作为采集对象，研究中采集的样品属于混合样品；采集时，要把土壤表层存在的草皮、石头等杂乱物品清理干净；按照设计采样位置，采集样品土壤作业时要按照蛇形布点形式完成作业；多个采样点采集土壤要保持同等质量，样品土壤采集后要做均匀混合处理，采用四分法，最终选取质量为lkg的样品。采集完样品，其要及时采用干净度和密封度良好的塑料袋对样品土壤进行密封保存，密封保存采用碱性保存方式。保存好样品后，要对样品做详细的信息标注，信息主要包含样品编号、采集时间等。采集样品时，可利用定位技术确认样品采集位置，并对样品环境做影音记录［2］。

2.3 制备样品土壤

把做好保存处理的土壤样品放入实验室指定地点，其后开始制备土壤样品。制备土壤样品作业的完成应该建立在《土壤元素近代分析方法》和《环境检测》等检测分析方法上，并遵循国家针对土壤样品制备的相关规定完成作业。制备土壤样品的整个作业过程极为复杂，不仅要求对采集的样本做整体的风干处理，同时要求将样品置放在纯白色磁盘内，且要求土壤样品始终处于通风状态。制备环境中为避免不出现二次污染不能让土壤处于阳光直射状态，需要将土壤样品做缓慢风干处理。当样品半干时，把土壤中的土块均匀压碎，让其在磁盘上薄薄的铺上一层。在风干过程中，在室温中不停翻动土壤，以确保土壤能够均匀风干。

充分风干土壤样品后，对土壤进行研磨和过筛，最后对土壤样品做缩分处理，把样品处理成大于200目颗粒试验样品。土壤样品完成制备处理后，在重金属监测中可能影响其监测结果的因素主要包含土壤颗粒的粒数、样本土壤的含水率等。样品土壤含水率的多少主要受土壤样品的风干程度影响，故而土壤样本制备过程中要格外注意土壤风干的处理，以确保样本土壤中含水率符合国家规定标准，将含水率控制在2.3%～2.8%之间。在土壤监测中土壤颗粒度越小，监测和分析所得结果真实性越高。其中土壤颗粒度对监测结果有着重大影响，如Hg元素，其土壤颗粒和监测结果的关系见表1。由表1可知，当土壤为200目时，土壤污染监测结果相近，而其他目数对应的监测结果差异显著，故而可知土壤颗粒的粒度越小，其结果准确度就越高。

2.4 土壤样品的预处理

土壤预处理常用的方法有普通酸分解法和微波加热分解法。普通酸分解法的一般步骤是将制备的土壤样品置于聚四氟乙烯坩锅中，加适量的水湿润后加入盐酸或者硝酸，在电热板上进行加热，等到水分蒸发至土壤样品变黏稠后，加入氟化氢并接着加热。为了充分挥发硅，在加热过程中应不断摇晃干锅。最后，加入高氯酸加热到没有白烟冒出，如果土壤样品中的有机杂质较多需要加盖进行消解。微波加热分解法分为开放分解与密闭分解。开放分解的试样量多于密闭分解，易实现自动化，但分解过程中需要排出酸蒸汽，使用的酸量较多，易被环境影响，挥发也容易造成损失，加热时间长且难以分解多种试样。密闭分解的优点相对较多，如酸蒸汽不会挥发、分解时间短、不被环境影响。但其缺点是需要特殊的分解部件，分解量小，稍微疏忽就会发生爆炸危险。无论使用开放分解还是密闭分解，分解体系一般为：硝酸-盐酸-氟化氢-高氯酸、硝酸-氟化氢-高氯酸、硝酸-盐酸-氟化氢-双氧水或硝酸-氟化氢-双氧水等体系。要保证土壤重金属监测分析具有较高的可靠性，必须对测量结果做高精密度和准确度的数据分析。采用平行样做测量，能尽可能缩减误差，从而提升测量的精密度；要提升监测结果的准确性可采用加标回收测定，这种方式能够有效提高土壤重金属监测分析的质量。

3 土壤中重金属监测分析方法

3.1 化学滴定分析法

化学滴定分析法是以化学反应为基础的一种分析方法，具有操作简单、快速、准确、费用低等优点。该方法早期被广泛使用，但同时也具有选择性差、灵敏度低的缺点，只能进行常量组分的分析。

3.2 精密仪器分析方法

由于化学滴定分析方法不能准确分析微量和痕量重金属，现在土壤重金属监测中多采用精密化学分析仪器进行分析，按照其测量原理的不同可分为电化学类分析仪器、光学类分析仪器以及联用仪器。

3.2.1 电化学类分析仪器

目前电化学类分析仪器测量重金属的代表仪器为极谱仪，它具有价格低、测量种类多、检测限低、测量稳定性好等优点，特别是对于液体试样无需进行消解预处理，直接就可以进行测定，便于实现连续性测定。一般对于Hg、Pb和Cd金属离子具有较好的选择性，测量结果比较准确、稳定。现在普遍使用的另一种电化学类分析仪器为离子色谱仪，离子色谱仪的原理是首先经过离子分离，然后进入电导池进行电导信号的采集。常见的分离离子有阴离子有 F-、 Cl-、Br-、NO2-、PO43-、NO3-、SO42-、甲酸根离子、乙酸根离子、草酸根离子等；阳离子有Li+，Na+，NH4+，K+，Ca2+，Mg2+，Cu2+，Zn2+，Fe2+，Fe3+等，具有快速、灵敏、选择性好和同时测定多组分的优点。

3.2.2 光学类分析仪器

光学类的分析仪器比较多，利用金属原子对光的不同反应分为原子吸收光谱法、分光光度法、原子荧光光谱法和原子发射光谱法。原子吸收光谱法的代表仪器为原子吸收分光光度计，目前主要有火焰吸收和石墨炉吸收两种方法。火焰吸收法具有线性好、重复性好、检测方便的优点；石墨炉吸收法具有检测险更低的优点，达到pg的级别。分光光度法的代表仪器是分光光度计，在重金属的测量中常用的分光光度计，按照光区的不同可分为可见光分光光度计和紫外分光光度计。因为分光光度计价格低所以被广泛使用，但是分光光度法的制样过程比较繁琐。原子荧光光谱法的代表仪器是原子荧光光度计，原子荧光光度计是一款极具特色的分析仪器，具有灵敏度高、多元素同时测量分析、谱线简单、曲线线性好、线性范围宽等优点。适用于As、Se、Pb、Bi、Te、Sn、Sb、Hg、Cd、Zn、Ge等十一种元素的日常痕量分析。原子发射光谱法的代表仪器是电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP），测量原理是以等离子体为激发光源，样品在高温和惰性气体中被充分蒸发、原子化、电离和激发，发射出所含元素的特征谱线，可进行多元素的同时测定，检测限同样达到痕量级别。

3.2.3 联用仪器

在重金属的测量中为了满足更高的测量精度和更简便操作的要求，同时将两种或多种电化学、光学分析仪器进行联用，能够将两者的优点进行结合［3］。在土壤重金属的检测中常用的联用仪器为电感耦合等离子质谱仪（ICP-MS）。联用仪器具有测量的元素种类更多、检测限更低（痕量）、测量重复性更好等优点。

4 结束语

要治理土壤重金属污染问题，首先要准确有效的检测出土壤中的重金属含量。文中简述了土壤中重金属监测分析技术的处理流程、注意事项和常用的分析方法，在实际应用中，应确保监测分析具有较高的精密性和准确性，从而提高土壤中重金属监测分析的效果。

［1］江玲，王玮，郭延峰，等.运城市盐湖区土壤重金属含量分布及分析［J］.农业技术与装备，2012（13）：34-36，38.

［2］叶花枝，杨漳龙，姜清华.长泰县农田土壤中铅、镉含量监测分析［J］.海峡预防医学杂志，2014，20（6）：54-55.

［3］龚海明，马瑞峻，汪昭军，等.农田土壤重金属污染监测技术发展趋势［J］.中国农学通报，2013，299（2）：140-147.