土壤重金属检测的常用方法

  土壤是自然环境要素的重要组成部分，随着经济发展，工业废弃物的排放、农药滥用、化学试剂污染等导致土壤重金属污染问题越来越突出。

  土壤无机污染物中以重金属比较突出，主要是由于重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累．转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。

  土壤重金属污染物主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等，砷虽不属于重金属，但因其行为与来源以及危害都与重金属相似，故通常列入重金属类进行讨论。

  在我们的生活中，重金属污染可谓无处不在。例如城市中的机动车尾气排放，既污染了大气，也显著引起公路两侧土壤的重金属污染。现在汽油改用低铅甚至不含铅的，还有电动等新能源机动车的使用，都可以大幅度减少汽车尾气的污染。

  生活垃圾中的废旧电池、电子科技类产品等是含重金属元素较多的固体废弃物。含有重金属废品的垃圾被长期堆放在某处，在雨水淋洗下会向土壤中释放有毒元素，释放到土壤中的主要是其有效态也就是污染活性较高的部分，这就使渗入到土壤的重金属具备极高的迁移能力，继而污染地下水、农产品，最终危害人体健康。垃圾分类与集中处理不失为减少此类重金属污染的好办法。

  空气中的重金属污染物也会转移到土壤中。如家庭燃煤、采矿和冶炼等企业含重金属污染物的废气排放到空气中。这些污染物可能由于重力和风的共同作用，直接降落到地面，也可能通过降雨、降雪等过程将大气中的污染物“洗”入土壤中，这样的一个过程可能会使受污染面积大幅度增加。另外，工矿业等的污水灌溉是农业土壤重金属污染的重要原因之一。随着污水灌溉而进入土壤的重金属，以不同的方式被土壤截留固定。可见工矿企业废弃物排放的环保化处理不仅仅是区域性的环保问题了。

  农业生产中化肥、农药和地膜等的长期不合理使用，也会导致土壤重金属污染。重金属元素是肥料中报道最多的污染物质，尤其是磷肥。滥用农药在造成残毒污染的同时，某些农药在组成中含有汞、砷、铜、锌等重金属，还带来了土壤的重金属污染。近年来，随着地膜的大面积推广使用，大量的地膜残片滞留地中，造成土壤的白色污染，同时由于地膜生产的全部过程中加入了含有镉、铅的热稳定剂，也加重了土壤重金属污染。

  重金属污染土壤后会引起土壤的组成、结构和功能发生明显的变化，微生物活动受到抑制，有害于人体健康的物质或分解产物在土壤中逐渐积累，引起土壤质量下降，导致植物生长发育障碍。被重金属污染后的土壤变成了一块块的“毒地”，它通过“土壤→植物→人体”或“土壤→水→人体”间接被人们的身体吸收，危害人体健康。

  更值得格外的重视的是：重金属污染不同于其它污染，重金属在土壤中不易随水淋溶，不能被微生物分解，甚至有可能永远在环境里循环；重金属还有着非常明显的生物富集作用，对人类生活危害极大。如此看来，重金属不单单是让土壤“中毒”，也是人类健康的杀手。

  据统计，我国重金属污染的耕地约占总耕地面积的1/6。作物生长在受污染的土壤中，根系活力降低，重金属会富集于作物体内。人类摄入富集重金属的作物后，重金属在体内富集、积累，从而造成机体组织和器官的损伤，情况严重会导致死亡。随着土壤重金属污染防治受到慢慢的变多的重视，研究土壤中重金属的检测的新方法具有十分重要的意义。

  下面介绍土壤重金属检测的新方法中原子吸收法、原子荧光等光谱法、质谱法、射线荧光光谱法等几种比较广泛的测定方法及汞分析仪等快速测定方法，并分析每种方法优缺点，希望给用户更好的提供一些参考价值。

  化学方法测定重金属，需采用不一样的酸体系，彻底破坏土壤的矿物晶格，使试样中的待测元素全部以离于态进入试液中。

  酸体系通常有盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸法、硫酸-硝酸-氢氟酸-盐酸法、硝酸-高氯酸法、硝酸-氢氟酸-高氯酸法、王水法、盐酸-硝酸法、硫酸-硝酸-高锰酸钾法、硝酸-过氧化氢法、KI-MIBK法等，根据测定的元素不同，选不一样的酸体系。

  加热分解土壤样品的仪器设施有电热板、高压密闭消解法、微波消解仪器、石墨消解仪等。还能够使用碱融法，碱融法常用的熔剂主要有碳酸钠、过氧化氢、偏硼酸锂，使用马福炉在700℃以上消解土壤样品。应用较广泛分析方法有以下几种：

  原子吸收光谱法基于气态的被测元素基态原子对其原子共振辐射的吸收进行元素定量分析的方法。灵敏度较高，选择性强，分析范围广，是一种成熟的检测技术，已大范围的应用于土壤重金属检测。该方法缺点也较为显著，不适用于未知成分的样品的测定，单次只能测定一种元素、多种元素测定需要更换光源灯、对于难熔元素的灵敏度较低等。

  原子荧光光谱法根据待测元素的蒸汽态原子在一定波长的辐射下被激发，发射出荧光并根据其荧光的强度进行定量分析。原子荧光光谱与原子吸收光谱法紧密关联，兼有原子发射和原于吸收两种方法的优势。该方法灵敏度高于原于吸收光谱法，其谱线简单，线性范围较宽、抗干扰能力较强，操作简单便捷，适用于多元素同时快速分析，常用于土壤汞、砷等重金属元素的测定。但其缺点也较为显著，主要体现在荧光猝灭效应明显和抗散射光干扰能力弱。

  电感耦合等离子体发射光谱法根据被测元素的原子或离子在光源中被激发产生特征辐射，通过判断特征辐射的存在及其强度大小对各元素进行定性和定量分析的方法。该方法准确可靠，且数据重复性较好。电感耦合等离子体法在分析测试应用中具有简洁快速的特点，能够适用于大批量样品的检测，但其设备较为昂贵，样品进样前需转换为溶液，否则影响其精确度和准确度。

  电感耦合等离子体质谱法是在等离子体中，导入的样品溶液存在去溶剂、原子化及电离等过程，产生不同质荷比的离子或氧化物。电感耦合等离子体质谱法可同时测定多种元素，且检测简单、迅速、成本低廉，适用于大批量土壤样品检测，具备比较好的精确度和准确度及良好的实用价值，为实验室常用检测的新方法之一。因其仪器成本比较高，对于固体样品的分析，受仪器和方法限制，其检出限不再成为优势。

  电化学分析方法分为极谱法和溶出伏安法。极谱法是通过测定电解过程中所得到的极化电极的电流-电位(或电位-时间)曲线来确定溶液中被测物质浓度的一类电化学分析方法。极谱法可分为控制电位极谱法(如单扫描极谱法)和控制电流极谱法(示波极谱法)。除此之外还有溶出伏安法、催化极谱法。在土壤重金属检测中，电化学分析方法可用于检测铜、铅、镉、锌、砷、钨、钼、锡、钒、镍等项目。

  物理方法测定重金属主要是利用待测物质的物理性质，通过一系列分析基态原子激发产生特征谱线来进行定性或定量分析。

  物理方法的优点是直接测定土壤样品，操作更简单、无废液产生。主要有以下几种：

  X射线荧光光谱法是利用基态原子吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。通过测量共振荧光的波长与强度确定元素的种类与含量。该方法成本较低，且快速准确，可用于多元素同时分析，提高检测效率。加之其可以原位检测的特点，在土壤重金属监测方面得到了广泛的应用，但在实际应用中需考虑其土壤条件、仪器、人为因素等方面的影响。

  激光诱导击穿光谱法是一种原子发射光谱，它的激发源为脉冲激发器。脉冲器发出高功率密度的激光，被测材料表面就会有几微克的等离子体喷射出来。等离子体在喷射过程中会逐渐冷却，并发射表征样品组分信息的光谱、利用光电探测器和光谱仪对等离子体发射光谱进行采集。通过解析等离子体光谱，并结合定量分析模型，可以得到分析样品组分的类别和含量信息。该方法对样品无损、快速、操作简便、成本低廉。目前不足之处在于光谱不稳定、检出限较高、精确度不足；其次激光诱导仪器昂贵且较为复杂，其基体效应较大，激光散射易对样品的检测产生干扰。

  测汞仪法是由低压汞灯发出特征谱线，照射在吸收池内的汞蒸气上，被汞原子吸收后强度减弱，经光电检测器检测，由显示器显示吸收信号的响应值。测汞仪法操作更简单、无废液产生、适用于大批量的测定，是一种理想的测定土壤中汞含量的分析方法。

  仪器中子活化属于非破坏性分析，可直接测定土壤样品的重金属，主要有 La、Ge、Sm、Eu、Yb、Ln、Hf、U、Se、Co 等。测定结果精密度≤ 5%的元素主要有：La、Ge、Sm、Eu、Yb、Lu、Hf、Th、U、Se、Cr、Fe、Co、As 等；测定结果精密度≤ 10%的元素主要有：Rb、Sb、Cs、Ba、Tb、Ta、Zn 等；测定结果精密度≤ 15%的元素主要有：Zr、Mo、Nd、W、Sr 等。

  生物检测法是指通过检测土壤中生长或生活的生物个体、种群或群落对土壤重金属的反应，从生物学角度对土壤污染做出评价的技术，主要有酶抑制法和生物传感器法。

  酶抑制法是利用重金属含量对酶的活性具有抑制作用间接定性测定土壤中重金属含量，合适的酶缓冲系统是其测定的关键。20世纪70年代，国内外学者已将土壤酶应用到土壤重金属污染的研究领域。其中，最为敏感的酶是脲酶。酶抑制法较传统方法具有快速、简便、样品需要量少等优点。

  随着人类社会工农业现代化、城市化的发展，人的因素造成土壤重金属污染是当今世界越来越不容忽视的环境问题。土壤重金属检测的新方法是摸清土壤污染情况的基础，对土壤污染研究至关重要。选择土壤重金属分析方法，包括前处理方法应根据工作任务要求来确定，或选择实现用户要求的方法。同时，还应考虑方法本身所能达到的测定精密度和准确度。

  从现今发展技术来看，目前土壤重金属检测以光学和电化学类方法为主，发展新型快速检测的新方法是趋势，通过研究新方法，对传统方法的逐渐完备使其更完善和实用。