土壤重金属检测方法分析

孙冰

安徽省建筑材料科学技术研究所有限公司

一、引言

土壤是自然的馈赠，同样也是人类生存的前提。生产力的解放让人类活动不断扩大，加快了工业化的进程，但是土壤重金属污染问题同样也客观存在，严重影响生活的质量。重金属指的是相对密度大于4或5的金属元素，常见的重金属包括锌、铜、镍等，如果在工业发展中不能对重金属进行有效的管控，就会造成极大的污染问题，受到来源不同的影响，可以将污染源分为人为因素和自然因素两大类，前者是发展过程中的不当行为而造成的污染问题，包括生活废弃物、化石燃料燃烧等，对于土壤重金属污染影响深刻。后者则是因为自然变化而形成，例如火山喷发、地壳岩石风化等，此类情况虽然会产生重金属，但是整体含量较低，并不会造成严重的污染问题。重金属是客观存在的，污染问题也会长期存在。如果重金属含量超标，无法通过土壤进行降解，人类在食用食物的时候，容易将重金属摄入体内，危害身体健康。近年来，重金属污染事件频频发生，尤其是在食品领域，已经对人的身体健康造成了极大危害，所以必须高度重视重金属检测问题，以此来减少重金属的危害，但是如何检测却是现实当中必然要面临的问题。随着科技的不断发展，检测土壤重金属的方法也变得多种多样，红外光谱、原子吸收光谱等，为进一步了解土壤中重金属检测情况，文章将简要叙述常见方法及具体特点，以此来为土壤重金属检测提供更多参考。

二、土壤重金属危害

1.影响农作物产量和品质

土壤是农作物生长的基础环境，如果土壤存在重金属污染，农作物的生长必然会受到影响，品质产量都会大打折扣，而且当人食用此类农作物的时候，同样也会影响自己的身体健康。举例来说，土壤中镉元素超标，镉元素进入植物体之后，便会破坏叶绿素结构，土壤根系的吸水能力会受到影响，不仅无法吸收土壤中的养分，同样也会影响光合作用的开始，严重影响自身的生长。铅元素对于植物的影响在于光合作用，脂肪代谢能力弱化，而且还会消耗更多的氧气，甚至会造成大面积的植物死亡。更有甚者，植物生长在重金属超标的土壤环境之下，植物果实同样也会含有重金属元素，人类食用了此类食物，就会因为重金属超标而发生各种疾病，镉元素超标会造成心脑血管疾病，汞元素超标会损害肝脏功能。受到生理结构的影响，人体很难排除重金属，重金属的长期摄入，必然影响自身的身体健康，如果超出特定标准就会造成死亡。

2.影响微生物群落

土壤是微生物的生活环境，他们是自然生态圈的重要组成部分，重金属含量超标的时候，微生物的生存环境会被破坏，整体数量的减少无法发挥出微生物有益菌群的作用，减弱其呼吸功能，严重影响自然生态圈的运行。研究结果显示，铬元素超标会造成土壤中生物和酶活性，如果土壤受到了重金属的污染，生存环境的改变，不适合微生物继续生存，不仅会导致微生物数量的大大降低，同样也会改变微生物群落构成，优势群内的比例严重降低，难以展现出微生物的多样性和均匀性。重金属污染一旦形成，无法依靠土壤本身恢复原貌，严重影响动植物微生物的生长，甚至会严重影响人类的生存以及健康。

三、调查研究目标区域

为了解土壤受污染情况，需要根据需求对受污染区域进行精细化的检测，以此来充分了解土壤污染的具体类型以及含量，精准掌握污染情况。在进行检测之前，首先需要初步确定严重的土壤污染区域，同时采取实地调研的方式了解土壤受污染情况，具体路径包括观察农作物的生长、观察树木成长情况、加强与周边居民的沟通交流等，由此来对土壤污染情况进行整体性的感知，以此作为土壤检测区域规划设计的基础，明确检测方法，同时做好相应的设备准备。

四、目标地的取样调查

划定基本检测区域之后，首先需要完成取样工作，该项工作由专业的检测人员进行，明确土壤监测区域之后，需选择具有代表性的土样。样品选择过程中，首先需要明确测定区域，选择均匀分布的土壤，由此来保证样品具有代表性和典型性，能够充分展示土壤受污染情况，同时也可以通过样品来充分呈现现场的实际污染情况。技术人员在取样时，首先需要准备地图，标注具体的取样地点，方便后期土壤污染分布图的编制，保证数据的精准性。完成取样工作之后，需要对土壤样品进行简单的处理，处理对象包括垃圾、水分以及其他杂质。水分的处理大多采取自然晾干方式，杂质的分离需要做好准备，确保过滤、筛选等相关措施落实到位，保证样品的干燥性以及清洁度，完成处理工作之后需做好保存进行重金属检测。

五、土壤重金属检测技术

1.光谱检测技术

光谱检测技术具有灵敏度强的特点，在土壤重金属检测当中得到了广泛的运用，但是该种检测方式同样也存在明显缺陷，技术操作流程复杂、检测成本高、检测时间长，同时也对检测人员的专业能力和综合素质提出了更高的要求。光谱检测有赖于X射线，如果存在较强的电离性，在检测过程当中，很有可能损害操作人员的身体健康，所以选定光谱检测方法之后，操作人员首先需要配备相应的防护装置，熟练掌握具体的操作步骤，保护自身的健康。值得注意的是，光谱检测技术在实践当中的运用，难以对土壤重金属进行快速准确检测，所以在现场检测时，紫外线可见光光度法也十分常用。

2.电化学分析检测技术

通过与光谱检测技术的对比，电化学检测技术的安全性能更高，技术原理是通过电化学传感器对重金属物质进行检测。伴随着科技的不断发展，电化学检测设备基本已经实现了自动化，在进行重金属污染区域检测时，能够保证检测的准确性和快速性。相较于其他的检测技术而言，电化学检测技术操作更加简单，但同样也存在缺陷，检测时容易受到土壤污染物的影响，如果不对其进行管控，检测结果准确性会大打折扣，数据价值同样也会受到影响。所以在实际运用的过程当中，需要进一步优化改良电化学分析检测技术，提高其抗干扰能力。

3.新型检测技术

（1）生物传感器检测技术。该方法的作用机理在于对金离子进行有效运用，通过与电极特异性蛋白质发生反应来改变其结构，并且通过电容信号传感器对土壤当中的重金属物质进行定量检测，能够让操作人员充分了解土壤重金属的具体含量变化。该方法在使用过程中能够通过生物传感器对水溶液当中的毒性化合物含量进行精准检测，但是实践运用当中同样也有一定的缺陷，对生物活性和技术有更高要求，所以在实践当中的推广十分受限。

（2）酶抑制检测技术。重金属离子和酶活性因子相遇的时候，会发生甲硫酸反应，该技术的作用机理便在于此，重金属的存在会改变酶活性因子的结构和性质，同样也会降低酶的活力。酶抑制检测技术在运用过程中可以准备相应的仪器，但是该方式很难直观观察金属粒子等变化情况，所以需要通过光电信号来对其进行系统展现，所以该项技术在食品、环境等重金属检测当中得到了广泛的运用。

（3）免疫分析检测技术。该技术充分利用了化合物与重金属离子之间的综合性原理，具有灵敏性高的特点。免疫分析检测技术在实践运用时，为了保证氧化还原反应能够充分完成，必须预留相应的空间结构，由此来保证免疫反应能够得以充分地发挥。除此之外，该方法在运用过程中，重金属粒子的检测时可采用特殊抗体，通过综合性检测来保证结果的准确性。

六、土壤重金属污染治理技术

1.物理修复技术

物理修复方法多种多样，其中包括去土换土、土地深耕等，该技术在实践当中的运用能够保证去除土壤重金属的高效性，但是该项工作工程量非常大，需要投入大量的人力和资金，在进行修复时，同样也会对农田造成一定的破坏，所以物理修复技术通常被运用在污染面积小的区域当中。随着技术的不断进步，电动修复也应运而生，该方式不仅更加的便捷快速，而且控制更加方便，具有成本节约的效果，并不会对土壤结构造成损坏。工作人员在治理过程中，首先可以将两个电极插入到重金属污染的土壤当中，通过直流电压，让重金属粒子发生转移和富集情况，然后在另一端析出。该方法适用于渗透性低的黏土地质，如果存在容易挥发的过程，例如Se等，可以采用热处理修复技术，该方法操作更加简单便捷，但是对于电能的消耗非常大，甚至会影响土壤结构，所以在实践当中的运用很少。

2.化学修复技术

化学修复技术常用的方式是化学淋洗技术和稳定固化修复技术。前者在技术应用时，首先需要做好土壤受污染的评测工作，了解重金属的含量以及种类，同时选择相应的淋洗液，洗去土壤当中的重金属物质，该种方式操作非常简单，但对土质有很高要求，如果没有选择合适的林洗液，甚至会造成二次污染，并不是在所有组织当中都适用。后者是有效控制重金属的释放量，降低物质的迁移性，避免重金属被植物内部吸收，阻断其传播路径，避免影响人体健康，常用的修复材料包括石灰、电厂灰等。但是该方法在运用时，并不能够达到永久修复的目的，也无法对重金属进行完全的清除。例如，汞类重金属污染物在处理过程中，首先可以将盐水溶解到沸水中，然后冷却两小时，加入硝酸—重铬酸钾存液，随后上机检测硫酸—重铬酸钾稀释液。重金属的类型是多种多样的不同元素的特性并不相同，所以在污染物处理时，处理的方法并非理论上描述的那样简单，往往技术操作性更加的复杂，而且不同的重金属采取的处理方法，同样也会存在一定的差异性。值得注意的是，稳定固化修复技术的基本流程就是盐酸—硝酸—氢氟酸—高氯酸。该种方式在使用过程中，为了保证施液融入全部待测元素当中，会对土壤结构进行彻底的破坏，但在实操过程中，同样还会面临更加复杂的消解流程，尤其是电热板的温度控制难度非常大，加酸的时间点、酸的浓度要求高，所以控制难度更大。在进行操作时，如果无法实现完全消解，就需要多次加入相对的酸，对技术操作能力要求非常高，该项工作应由专业人员负责，严格按照标准流程对其进行执行。为此在操作过程中必须保证操作人员具有较高的检测技术水平，而且整体经验丰富。如果酸加得过量，就会对消解时间进行延长，甚至会损失部分金属，如果消解不完全，会破坏矿物晶体，这些都会严重影响检测结果的精准性。

3.生态修复技术

生态修复指的是通过生态技术来达到土壤修复的目的，可以采取种植吸收重金属的植物，通过食物链模式来减少或去除重金属物质含量。该技术在使用过程中，需要对农作物的种类进行有效调整，科学施加有机肥，常见的方法便是对土壤pH值进行调节，适当改变水分以及养分，减少重金属含量，相较于其他方式而言，生态修复技术对环境影响更低，资金投入更少，技术较为成熟，但是修复时间更长。

七、土壤中重金属元素检测工作的未来发展趋势

1.智能化发展

社会的不断发展促进了科学技术的进步，同时也为土壤重金属元素的检测提供了更多的选择，伴随着检测仪器的不断更新，很多仪器设备在实践当中的使用都发生了很大的变化，极大提高了重金属原则检测的精准性，而且仪器在实践当中的可操作性也非常高。随着科技的不断发展，重金属检测仪器同样也会进一步发展，智能化是未来的主要方向，不仅能够提高检测过程的自动性，同时也可通过仪器设备的使用，减少对操作人员的技术要求，达到对检测过程的科学控制。就目前来看。土壤重金属检测是一项系统性的工作，该项工作的开展必然面临着大量的成本消耗，尤其是在检测仪器使用方，这也影响了智能化检测设备在实践当中的有效应用。通过对未来发展情况的分析，如何降低并压缩土壤重金属检测仪器的使用成本将是土壤重金属检测当中的重点工作，同时也需要技术的优化来进一步促进土壤重金属检测工作的开展。

2.精确化发展

通过对前文分析情况的进一步整合，可以发现土壤重金属元素检测在实践当中得到了有效运用，而且检测方法也多种多样，不同的方法适用于不同的范围，既存在优点，同样也会存在缺点，随着技术的不断前进，更多的检测方法会被运用到土壤重金属的检测过程当中，不仅能够保证检测的便捷性，同时也能够保证检测的精度，这也使得检测工作的开展更加的便捷。为了保证土壤重金属元素检测工作的有效开展，必然需要高度重视仪器设备的精准化，这也是检测工作未来的发展动向，举例来说，在进行土壤有色金属检测时，需要通过现场检测和实验检测两重结果比对，通过结果数据的对比分析来得出综合性的结果，保证检测结果的精准性。当然在实验检测时，化学试剂的使用很容易对土壤造成二次污染，为了避免这一情况出现需要缩短检测时间，而且数据的获取是一个直观的过程，必须从实践情况出发，综合分析土壤所处位置来判断具体的参数，保证结果的精准性。

八、结语

综上所述，科技的不断发展，让土壤重金属检测工作的开展更加方便，同时也诞生了大量的检测技术，例如，PXRF法、AAS法等，不同技术在实践当中的运用各有特点，同时也有其适用范围。通过前文的分析可以了解到检测手段的优缺点非常明显，为了保证检测结果的准确性，必须根据工程实际，选择具有针对性的检测方法，而且检测技术人员需要提高认识，不断提升自身的操作能力，进一步推动土壤重金属检测技术的智能化、科学化发展。