土壤中重金属检测方法的应用研究

发表时间:2021/7/8   来源:《基层建设》2021年第11期   作者:孙国忠
[导读] 摘要:土壤作为农业的关键要素,不仅是农作物种植的基础,而且是保障人民生活、建立商业场所、促进经济发展的重要保障。
        九方安达工程技术集团有限责任公司  湖北武汉  430073
        摘要:土壤作为农业的关键要素,不仅是农作物种植的基础,而且是保障人民生活、建立商业场所、促进经济发展的重要保障。重金属污染直接影响农作物的发展,破坏经营场所的经营条件,严重阻碍经济发展。重金属摄入过多会直接危害人体健康。因此,针对土壤重金属污染,相关工作人员应重视增加对土壤中重金属含量的分析检测。应对现有的检测技术进行进一步的研究和改进,以加强土壤重金属检测技术的准确性。加强环境治理,促进可持续发展。
        关键词:土壤;重金属;检测方法;应用
        1土壤重金属检测前处理方法
        1.1湿法消解法
        使用无机强酸或强氧化剂溶液对土壤进行湿法消解,可以将土壤中的有机物质分解、氧化,使待测组分转化为可测定形态。湿法消解用到的加热设备包括电炉、电热板、微波消解仪、水浴锅、油浴锅等。消解土壤样品常用的无机酸种类包括硝酸、盐酸、高氯酸和氢氟酸等。
        1.1.1电热板法
        电热板法是采用混合酸来消解土壤样品的敞口式湿法消解法,操作简便,可大批量处理样品。但耗时长、会释放出有毒有害气体、易损失挥发性元素。电热板法常用的混合酸体系有HNO3+HF+HCl+HClO4、HNO3+HF+HCl、HNO3+HClO4+HCl、HCl+HNO3+H2SO4等。采用HNO3+HF+HCl+HClO4消解体系,通过电热板消解土壤样品中的铬、铅、镉3种元素。
        1.1.2水浴消解法
        水浴法消解土壤样品所需仪器设备简单,操作步骤简便,加酸量小,耗时短,无需赶酸,可大批量消解样品。采用王水水浴消解土壤样品,再利用原子吸收仪和原子荧光仪测定了土壤中8种重金属含量。
        1.2微波消解法
        微波消解法具有自动化程度高、耗时短、消解完全、基体干扰少等优点。使用HNO3+HF消解体系微波消解土壤样品,通过ICP-MS内标法测定土壤中Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb六种重金属元素。采用硝酸-盐酸-氢氟酸-双氧水消解体系微波消解土壤样品,以抗坏血酸-硝酸镁混合液作为基体改进剂,采用石墨炉原子吸收法测定了土壤样品的铅、镉、钴、锑、铍含量。
        1.3熔融法
        熔融法是利用熔剂与土壤样品混合后在高温下发生复分解反应或氧化还原反应,将待测组分转化为易溶于水或酸的化合物。使用过氧化钠碱性熔剂消解云南酸性红壤,再用火焰原子吸收法测定其中Pb、Cd、Zn、Cu4种重金属的含量。
        1.4干灰化法
        干灰化法是通过对土壤样品高温加热除去有机物后,用酸溶解剩余的灰分。该法简单、快速,但会造成易挥发元素的挥发。使用火焰原子吸收法测定土壤中的铜、铅、锌、镍、镉等重金属,采用的是先500℃加热灰化土壤样品,然后用酸浸提的样品前处理方法。
        1.5石墨消解法
        石墨消解法操作简单,酸用量少,设备投入少,可大批量处理土壤样品。采用盐酸-硝酸-氢氟酸消解体系运用石墨消解仪进行快速消解,应用电感耦合等离子体质谱仪测定土壤铜、铅、镉、钴元素。
        1.6萃取法
        在使用上述几种方法对土壤样品前处理,使待测元素全部进入试液中后,可辅以萃取技术,分离、提纯待测重金属。用HNO3+HF+HCl+HClO4体系进行土壤样品的微波消解,用KI-MIBK萃取,火焰原子吸收分光光度法测定土壤中的镉含量。


        2土壤重金属污染检测技术
        2.1土壤重金属处理
        在进行砷、汞类前处理时,应该按照现阶段常用的土壤中汞的处理方法进行处理。首先加入(1+1)盐水后在沸水中溶解2小时,冷却后再加入硝酸-重络酸钾保存液,并用硫酸-重络酸钾稀释液稀释后上机进行检测。在进行砷的消解方法与汞大体相似,但是在消解后需要加入硫腺-抗血酸溶液与(1+1)盐酸溶液稀释后再进行上机。在进行铜、锌、铅之类处理时,这类方法处理方法较为复杂,由于各个元素自身具有其特点,所以在处理前都会存在细微差别。但是总体思路都是采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸进行完全分解消除。对土壤进行彻底破坏,从而将试样中的待测元素全部进入到试液当中。但是在具体实际操作过程当中,消解相对复杂难于操作,在电热板中温度比较难以控制,加酸时间点也相对较难准确把握,所以在消解过程中也更加难以控制。在进行消解不完全时需要多次加入相对酸,在复杂的操作过程中,需要对专业人员技术问题进行严格考核,要求实验经验较丰富且检测技术十分专业的技术人员对此进行操作。在消解中由于加入过多的酸,消解时间较长,金属的损失以及消解不完全直接导致无法破坏土壤中的矿物晶体,而这些原因直接影响实验结果的准确性。
        2.2光谱检测技术
        光谱检测技术在目前为止是检测土壤中含有重金属的重要技术之一,具有较强的灵敏度,但是在检测时成本相对而言较高,检测操作流程十分复杂,流程繁琐,在检测时时间较长,检测设备要求较高。在运用光谱检测时,必须应用X射线,但是X射线具有较强的电离性,所以在使用时会对人体造成一定的伤害。在进行光谱检测时,工作人员必须在检测前准备相应的防护设施,掌握专业的技术操作,防止X射线的伤害。而光谱检测技术却不能够在现场对土壤重金属进行快速准确检测,紫外可见光光度法在当前是检测土壤重金属最广泛的方法。
        2.3电化学分析检测技术
        与光谱技术对比而言,电化学检测技术主要方法是,通过电化学传感器对土壤重金属进行检测。电化学检测技术能够通过自动化学检测工作广泛应用到现场并进行快速检测土壤重金属含量。但是这种技术在实际的应用过程中检测结果容易受到大分析颗粒、有机物、表面活性剂等土壤污染物的影响,从而降低检测准确度。所以相关科研技术人员应该对电化学感研发工作作为重点,提高此工作的检测准确度以及增强抗干扰能力。
        2.4新型检测技术
        (1)生物传感器检测技术主要是通过综合金离子与固定电极材料中特异性的蛋白进行合理运用,将蛋白结构进行有效改变,并且根据灵敏度电容信号传感器对土壤重金属进行定量性的准确检测,这样可以保证工作人员对土壤重金属中含量变化情况进行有效检测分析。在目前为止,工作人员已经开始利用生物传感器通过水溶液中毒性化合物含量进行精确检测,但是在生物传感器实际检测运用过程中,具有一定的限制性,生物活性和环境要求较高,所以这种检测技术还不能够广泛适用。
        (2)酶抑制检测技术,主要是通过重金属离子以及酶活性因子之间发生的甲硫酸进行的反应现象,改变酶活性因子的结构以及性质,从而降低其酶活力,借助相应的仪器进行土壤重金属检测。但是在实际的酶抑制检测技术当中,具体实施操作时,工作人员并无法直接观察显色剂的金属离子、吸光度以及电导率等相应的变化情况。通过将光电信号显示土壤重金属含量变化以及酶系统之间的数学关系。酶抑制检测技术开始适用于环境以及食品等重金属检测当中。
        (3)免疫分析检测技术,主要是通过免疫分析法对土壤重金属进行检测。而这种检测在实际运用过程中具有相对较高的灵敏度以及独特性。但是在实际运用时还是需要对此技术引起高度重视,合理运用化合物对重金属离子的综合性,保留一定的空间结构,这样可以保证氧化还原作用。保证载体蛋白能够接受综合离子化合物从而产生免疫反应。除此之外,工作人员应该选择具有一定的抗体对重金属离子化合物进行综合性检测。保证检测结果具有一定的准确性。
        结束语
        土壤重金属检测是保护人们生活环境和食品健康的必要手段。就目前的研究现状而言,AAS、AFS、ICP-AES、ICP-MS等传统方法是土壤中重金属检测的主流方法。随着科学技术的进步,高光谱遥感技术等现场检测技术、激光诱导击穿光谱技术、磁化率技术等人工智能技术也成为土壤中重金属检测的研究重点。
        参考文献:
        [1]吕子健,尹晶,姜延国.原子吸收法测定土壤中的铅、铬和镉[J].检验检疫学刊,2019,29(06):55-56+67.
        [2]胡芳,黄慧敏,禹颖,等.王水水浴消解法测定土壤重金属含量的方法研究[J].湖南农业科学,2020(7):86-88.
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