探究土壤中的重金屬污染及檢測技術(shù)

劉 微

（遼寧省丹東生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 丹東 118000）

新時期我國高度重視環(huán)境保護(hù)工作，在土壤環(huán)境治理過程中將重金屬污染治理作為重點(diǎn)，通過先進(jìn)檢測技術(shù)的利用可以有效減少土壤重金屬污染情況，實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，以下對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析。

1 土壤重金屬污染概述

重金屬種類較多，其中土壤常見重金屬污染包括鉛、汞、鉻、錳、鋅等，一旦這些重金屬含量超出正常標(biāo)準(zhǔn)將會破壞土壤性質(zhì)。重金屬具有毒性，當(dāng)土壤膠體吸附重金屬時開始和土壤的有機(jī)物、無機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，形成混合產(chǎn)物，無法被生物分解，并且逐漸積累于土壤[1]。

2 土壤重金屬污染現(xiàn)狀與危害

2.1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

土壤重金屬污染對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了重大阻礙，據(jù)統(tǒng)計我國土壤重金屬面積已達(dá)到5000萬畝，并且該數(shù)字逐年增加，污染范圍逐漸拓寬，對人們正常生產(chǎn)生活產(chǎn)生了不利影響，導(dǎo)致重金屬元素含量逐年增加的主要原因在于以下兩個方面：

2.1.1 自然環(huán)境

流水風(fēng)力等自然因素影響導(dǎo)致重金屬元素出現(xiàn)物理和化學(xué)變化，土壤中的重金屬元素含量隨之發(fā)生變化，比如廢水、廢渣受重力作用影響之后和雨水共同滲入到土壤深層，由此導(dǎo)致環(huán)境污染問題。

2.1.2 人類活動

在工業(yè)化和城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的背景下，人類不合理的生產(chǎn)活動會導(dǎo)致土壤污染，比如農(nóng)民進(jìn)行農(nóng)作物種植的過程中為了提升作物產(chǎn)量過多使用化肥，由此導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，一些化肥中含有植物生長所需的營養(yǎng)成分，但是這些金屬元素難以降解，同樣會影響農(nóng)作物生長。此外，工業(yè)污水大量排放與金屬礦山的開采是一大因素，比如部分礦產(chǎn)資源豐富的城市為了滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，機(jī)械加工企業(yè)、冶金企業(yè)、電鍍企業(yè)數(shù)量較多，并且在生產(chǎn)期間所排放的廢棄物量大，使得土壤重金屬成分增多出現(xiàn)污染問題[2]。

2.2 土壤重金屬污染危害

在社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的今天，不管是工業(yè)污染還是生活污染都會對土壤資源構(gòu)成嚴(yán)重破壞。而重金屬污染會長期影響土壤結(jié)構(gòu)，不及時開展治理工作將導(dǎo)致嚴(yán)重后果，比如農(nóng)業(yè)用地中出現(xiàn)重金屬污染將影響農(nóng)作物品質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)量下降，人們食用這些農(nóng)產(chǎn)品后也會對健康構(gòu)成威脅。

3 土壤中重金屬檢測技術(shù)

3.1 光譜檢測技術(shù)

對于土壤重金屬污染來講，其具有隱蔽性強(qiáng)的特點(diǎn)。通過數(shù)據(jù)分析難以直接判斷是否發(fā)生重金屬污染，因此需要借助于先進(jìn)的檢測技術(shù)。光譜技術(shù)憑借其靈敏性強(qiáng)的特點(diǎn)在土壤重金屬污染檢測中得到了有效利用，在利用光譜技術(shù)的過程中，需要高強(qiáng)度的激光發(fā)源和低背景氯原子化設(shè)備支持，并且對使用條件要求較高，需要利用原子熒光儀裝置進(jìn)行汞、硒、砷等重金屬的檢測。不過該技術(shù)在利用過程中檢測流程較為復(fù)雜，對設(shè)備質(zhì)量要求極高，整個檢測周期較長，檢測成本較大。在具體利用過程中需要利用X射線，發(fā)揮其電離性強(qiáng)的特點(diǎn)，然而長期使用也會對檢測人員健康構(gòu)成威脅，因此在利用光譜檢測技術(shù)時要求操作人員做好安全防護(hù)工作。相比之下，紫外可見光光度法安全性更高[3]。

3.1.1 原子發(fā)射光譜技術(shù)

在光譜技術(shù)系統(tǒng)當(dāng)中，隨著電子受到激發(fā)形成跳遷動作，之后從高太能轉(zhuǎn)化為低太能。由于原子發(fā)射光譜和元素離子的差異性，在分析不同物質(zhì)組成的過程中需要采用定性和定量等方式，也就是不同元素在重金屬污染檢測的過程中可以將離子體作為光源，能夠在同一時間檢測多種不同類別的重金屬，之后快速繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。不過利用該技術(shù)過程中儀器設(shè)備的成本偏高，并且對酸度要求十分嚴(yán)格。

3.1.2 原子吸收光譜技術(shù)

利用該技術(shù)的過程中主要是定量分析樣品元素當(dāng)中的原子蒸氣，之后分析吸收原子特征譜線情況，不同類別的元素原子結(jié)構(gòu)和外層電子排布形式存在差異性。元素從基態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)的過程中能夠吸收的能量也存在差異，之后根據(jù)多種元素形成的共振吸收線確定重金屬元素類別。該技術(shù)具有準(zhǔn)確性高、靈敏度強(qiáng)大特點(diǎn)，不過在實(shí)際檢測過程中要求檢測人員全面了解相關(guān)金屬元素，并且合理選擇元素?zé)簟?/p>

3.2 色譜分析技術(shù)

對于色譜分析法來說，主要是借助不同物質(zhì)在不同相態(tài)當(dāng)中的選擇性分配，然后洗脫混合物，讓混合物中的不同物質(zhì)沿著固定向以不同速度流動，以此達(dá)到分離目標(biāo)。結(jié)合物質(zhì)分離機(jī)制可將色譜分析法分為以下類別，其中包括吸附色譜、凝膠色譜、分配色譜、親和色譜、離子交換色譜，以上色譜分析方法的作用存在差異性。整體看來色譜分析法和化學(xué)沉淀蒸餾等技術(shù)原理接近，主要是借助固定相和流動相差異滿足分離需要。整體看來，色譜分析法具有檢測性能準(zhǔn)確、分離效能高等優(yōu)勢，目前被廣泛用于環(huán)境能源、石油化工以及環(huán)境生命等領(lǐng)域[4]。

3.3 電化學(xué)分析檢測技術(shù)

相較于光譜檢測技術(shù)，電化學(xué)分析檢測技術(shù)不僅可以滿足自動檢測需要，同時具有檢測耗時短的特點(diǎn)。在具體操作過程中主要是利用電化學(xué)傳感器。這種設(shè)備具有自動化特點(diǎn)，可以在重金屬種類和含量信息收集過程中自動完成。在該技術(shù)當(dāng)中，電解分析法以及庫侖分析法都能夠收集較為準(zhǔn)確的結(jié)果，其中電解分析法能夠?qū)枯^高的成分測定庫侖分析法滿足微量成分的測定需要，并且測量范圍較寬泛，相較于其它檢測系統(tǒng)，檢測設(shè)備較為簡單，可以滿足自動化檢測需要，并且具有成本低的優(yōu)勢。不過在檢測過程中會受到有機(jī)物、大分析顆粒以及表面活性劑的影響，所以在今后的重金屬污染檢測工作中需要將重點(diǎn)放在電化學(xué)感研發(fā)方面，以此提升抗干擾能力。

3.4 新型檢測技術(shù)

3.4.1 生物傳感器檢測技術(shù)

這是一種全新的檢測技術(shù)，在土壤重金屬污染檢測過程中主要是借助綜合金屬離子和固定在電極材料特性蛋白，通過一定方式讓蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。與此同時，應(yīng)用靈敏電容信號傳感器實(shí)現(xiàn)定量檢測，進(jìn)而獲取土壤中重金屬物質(zhì)的有關(guān)信息。盡管生物傳感技術(shù)不斷成熟不過在具體利用中對生物活性要求嚴(yán)格，這也成為了影響土壤檢測活動應(yīng)用的不利因素。

3.4.2 酶意志檢測技術(shù)

由于重金屬離子和酶活性因子存在甲硫基反應(yīng)。在反應(yīng)過程中讓酶活性因子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)發(fā)生變化，大大降低酶活力。因此可以利用先進(jìn)的檢測儀器掌握土壤重金屬物質(zhì)情況。在具體操作過程中，重金屬含量和酶系統(tǒng)關(guān)系密切，檢測人員可以分析吸光度以及顯色劑顏色的變化，掌握土壤重金屬元素指標(biāo)，所以在食品中的重金屬檢測中有著重要作用[5]。

3.4.3 免疫分析檢測技術(shù)

該技術(shù)在土壤重金屬檢測當(dāng)中有著顯著優(yōu)勢，所獲取的檢測結(jié)果準(zhǔn)確性較高，在實(shí)際操作中還具有靈敏性好的特點(diǎn)。在借助免疫分析檢測技術(shù)的過程中，需要注意以下幾個方面：其一，對絡(luò)合物合理利用，以此綜合重金屬離子，可以預(yù)留空間結(jié)構(gòu)，讓氧化還原反應(yīng)順利進(jìn)行；其二，利用該技術(shù)的前提是載體蛋白可以順利接收綜合金屬離子化合物，這樣免疫原才能順利進(jìn)行；其三，要求檢測人員確保特異性抗體的合理選擇，然后與金屬離子化合物綜合，最終提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.4.4 太赫茲光譜技術(shù)

運(yùn)用太赫茲光譜檢測系統(tǒng)探測土壤重金屬物質(zhì)過程中，激勵分子之間可以相互作用形成吸收震動能量，該技術(shù)的顯著優(yōu)勢在于檢測精度較高。

為了預(yù)防土壤中出現(xiàn)鎘、汞等重金屬，遼寧丹東市生態(tài)環(huán)境保護(hù)部門在“十三五”期間積極開展土壤環(huán)境監(jiān)測工作，全地區(qū)布設(shè)67個監(jiān)測點(diǎn)位，檢測區(qū)域涵蓋基本農(nóng)田、飲用水源周邊。在周期性檢測過程中主要采用的技術(shù)性措施包括光譜檢測技術(shù)、電化學(xué)分析檢測技術(shù)，后期對檢測結(jié)果分析，證實(shí)丹東市基本農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量、飲用水源地周邊土壤環(huán)境質(zhì)量和畜禽養(yǎng)殖場周邊土壤環(huán)境質(zhì)量檢測都達(dá)標(biāo)。具體情況如下：

3.5 基本農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量檢測

丹東市在2019年開展基本農(nóng)田點(diǎn)位土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查工作共選取12個監(jiān)測點(diǎn)位。部分監(jiān)測結(jié)果見表1。

表1 基本農(nóng)田土壤質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果

3.6 飲用水源地周邊土壤環(huán)境質(zhì)量檢測

2020年 丹東市繼續(xù)推動飲用水源地周邊土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測，共布設(shè) 3 個監(jiān)測點(diǎn)位。部分監(jiān)測結(jié)果見表2。

表2 飲用水源地周邊土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測結(jié)果

3.7 畜禽養(yǎng)殖場周邊土壤環(huán)境質(zhì)量檢測

選取2個具有代表性的養(yǎng)殖場周邊土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測點(diǎn)，部分監(jiān)測結(jié)果見表3。

表3 禽畜養(yǎng)殖場周邊土壤監(jiān)測結(jié)果

4 土壤重金屬污染檢測技術(shù)發(fā)展趨勢

土壤重金屬檢測關(guān)系著人們健康和社會發(fā)展，所以需要對檢測速度更快、操作更為便捷的技術(shù)加以利用。盡管目前我國重金屬土壤檢測技術(shù)整體有了巨大發(fā)展，不過部分地區(qū)依然對傳統(tǒng)檢測技術(shù)利用，存在檢測流程繁瑣、耗費(fèi)時間較長、檢測準(zhǔn)確性偏低等問題，需要對先進(jìn)的檢測技術(shù)進(jìn)行研究。因此在今后的重金屬土壤檢測技術(shù)利用中需要將半自動化和自動化作為主要研究方向，重點(diǎn)解決檢測工藝復(fù)雜、檢測設(shè)備昂貴、檢測條件嚴(yán)格等問題。此外，需要加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，通過超分子技術(shù)納米技術(shù)對傳統(tǒng)檢測技術(shù)升級改造。

5 結(jié)語

綜上所述，面對當(dāng)前我國嚴(yán)重的土壤重金屬污染趨勢，為了維持生態(tài)平衡，必須切實(shí)做好土壤重金屬污染檢測工作，借助先進(jìn)的檢測設(shè)備和技術(shù)，及時掌握重金屬種類與含量，然后為后續(xù)的土壤污染治理工作提供信息支持。進(jìn)而促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,保護(hù)人們健康。