周寶宣，袁琦

(海南大學(xué) 機電工程學(xué)院，海南 ?？?570228)

一般情況下，比重＞5 的金屬稱為重金屬，土壤污染中的重金屬主要指汞、鎘、鉛、鉻等金屬以及砷等具有顯著生物毒性的類金屬，同時也指銅、鈷、鋅、鎳、錫等具有一定毒性的重金屬［1］。重金屬對土壤的污染短期內(nèi)很難恢復(fù)，土壤中的重金屬可能會通過相關(guān)食物鏈進入農(nóng)產(chǎn)品，影響到農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，因此可能會嚴(yán)重危及到人類健康、生存和發(fā)展，因而對土壤中主要重金屬的含量進行檢測是十分必要的［2］。

國內(nèi)外傳統(tǒng)的土壤污染狀況分析檢測通常采用現(xiàn)場取樣后通過實驗室化學(xué)試劑和儀器進行分析的方法，分析檢測的結(jié)果對土地利用、項目可行性研究、污染控制、環(huán)境預(yù)警等方面起到積極指導(dǎo)作用。目前，國內(nèi)用于土壤重金屬檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法主要是通過強酸消解處理后，采用光譜法進行重金屬測量［3］。實驗室檢測方法準(zhǔn)確度較高，但其檢測周期長，檢測過程中容易產(chǎn)生二次污染以及不能進行快速即時檢測，在實際應(yīng)用中不能同時獲得多種重金屬的含量，使得以自動化、智能化、綜合化和精確化的快速檢測土壤重金屬技術(shù)成為必然趨勢。近年來，世界各國加大了對土壤重金屬檢測方面的投入，運用光譜學(xué)分析技術(shù)、電化學(xué)檢測技術(shù)以及生物學(xué)分析等先進技術(shù)和最新研究成果對土壤重金屬污染問題進行研究，以期尋求一種檢測方法能夠快速、簡便、準(zhǔn)確的檢測土壤重金屬。本文介紹了近些年來應(yīng)用較為廣泛的檢測方法及其研究現(xiàn)狀，同時介紹了一些新型檢測技術(shù)的研究進展，通過分析目前相關(guān)檢測技術(shù)的研究現(xiàn)狀及實際應(yīng)用中的問題，展望了今后的發(fā)展趨勢，以期為土壤重金屬檢測技術(shù)的研究提供一定的參考。

1 重金屬檢測常規(guī)方法

1.1 光學(xué)檢測方法

隨著光學(xué)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，使得基于光與物質(zhì)間相互作用建立起來的分析檢測土壤重金屬的方法得到廣泛關(guān)注。光學(xué)檢測法是依據(jù)光的吸收、發(fā)射、散射等作用建立起來的分析方法，通過運用光學(xué)儀器檢測相關(guān)光譜波長及強度進行定性定量分析，從而檢測出重金屬的含量。

光學(xué)檢測法主要包括原子吸收、發(fā)射光譜法(AAS、AES)、原子熒光光譜法(AFS)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-AES)、激光誘導(dǎo)擊穿光譜法(LIBS)、X 射線熒光光譜法(XRF)及分光光度法(SP)等。運用光學(xué)儀器對土壤重金屬進行檢測的研究在國內(nèi)外已開展多年，并取得了長足的進步，成果相當(dāng)顯著。Kashem［4］采用原子吸收光譜法來測定土壤重金屬含量，其精度達(dá)到了mmol/L，較紫外分光光度法前者測量范圍更廣;Little 等［5］在研究重金屬在空間內(nèi)分布特征時，采用原子發(fā)射光譜法對土壤重金屬含量進行了測定，其精度達(dá)到了μg/L，且實現(xiàn)了同時測定多種重金屬元素;范寶磊等［6］運用微波消解-火焰原子吸收及原子熒光光譜法對茶園土壤中的多種微量元素進行了測定，其檢測限達(dá)0.01 mmol/L;劉江斌等［7］采用X 射線熒光光譜法對土壤樣品中多達(dá)36 種組分同時進行了測定，其檢出限達(dá)0.01 mmol/L;王娜［8］采用的微波消解法前處理與電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)聯(lián)用，使得對砷元素的檢測具有較低檢測限;Yasuhiro 等［9］采用粉末壓片X 射線熒光光譜法對土壤中鉻、砷、汞、鎘和鉛等元素進行了測定，得到了較好結(jié)果;WiafeAkenten 等［10］對加納庫馬西(Kumasi)速賓河(Subin river)沿岸土壤的重金屬污染情況進行研究時使用了X 射線熒光光譜儀，取得了較好結(jié)果;Feret 等［11］在測定礬土中的石英成分的實驗中，采用了X 射線衍射和X 射線熒光光譜聯(lián)用的技術(shù);桂義軍［12］研究了示波極譜法同時測定鉛精礦中的鋅鎘和銅，通過相關(guān)實驗證明該法有效，適用于鉛精礦中鎘鋅和銅的快速檢測，Capitelli 等［13］在分析土壤中重金屬元素的實驗中采用了激光誘導(dǎo)擊穿光譜法，并將其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差與電感耦合-等離子體發(fā)射光譜法測得結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差進行了比較，Cr、Cu、Fe、Pb 和Zn 等元素的平均值誤差均不超過6%。

目前，相當(dāng)一部分光學(xué)檢測儀器已經(jīng)成功商品化，并在實際生產(chǎn)生活中得到應(yīng)用，如美國艾捷克公司生產(chǎn)的艾克i-cheQ 便攜式XRF 環(huán)保ROHS 分析儀，英國Trace2o 公司生產(chǎn)的Metalyser HM4000 土壤重金屬測試儀，及我國蘇州浪聲科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)的Beethor X3G 700 手持式環(huán)境分析儀等。

1.2 電化學(xué)檢測方法

電化學(xué)相關(guān)方法［14］主要包括離子選擇性電極法、極譜法、電位溶出分析法及伏安法等?；陔娀瘜W(xué)基本原理和實驗技術(shù)，根據(jù)物質(zhì)相關(guān)電化學(xué)性質(zhì)來測定物質(zhì)組分和含量的分析方法，通過特定傳感器及相關(guān)電極對溶液中電流、電位等相關(guān)物理量的直接測定，經(jīng)研究分析后確定參與相關(guān)電化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的量。依據(jù)過程測定的電參數(shù)的不同，可分別命名，如電位分析法、電導(dǎo)分析法及伏安分析法等。比較常用的電化學(xué)分析法主要有以下幾種。

1.2.1 離子選擇性電極法 離子選擇電極具有將溶液中某種特定離子的活度轉(zhuǎn)化成一定電位的能力，其電位與溶液中給定離子活度的對數(shù)呈線性關(guān)系，通過這種特定的關(guān)系可確定溶液中相關(guān)重金屬的含量。高云霞［15］采用基于多元線性回歸的離子選擇法同時對溶液中的鉛和鎘的測定進行了相關(guān)研究;李小梅［16］通過離子選擇性電極法測定了蔗糖溶液中Cu2+的含量，并經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)選擇電極與Cu2+濃度在1 ×10－6～1 ×10－4mol/L 范圍內(nèi)呈線性響應(yīng);王孝镕等［17］采用離子選擇性電極法對酸性鍍鋅溶液中銅離子質(zhì)量濃度進行了測定，取得了較好結(jié)果。

1.2.2 極譜分析法 以特定的滴汞電極為工作電極，通過測定電解反應(yīng)過程中的電流、電壓，并依據(jù)兩者關(guān)系來進行定量分析的方法，目前應(yīng)用較廣泛的有極譜催化波、單掃描及脈沖極譜法等。陳永享等［18］以含黃鐵礦生產(chǎn)硫酸這一典型工業(yè)過程為背景研究了活動態(tài)鉈的提取條件，并采用極譜測定方法對多個灰渣樣品中活動態(tài)鉈的含量進行了測定，得到了鉈元素在整個生產(chǎn)過程中的形態(tài)分布特征;王宏志等［19］利用鋅、鐵在某些特定的溶液中能夠產(chǎn)生不同靈敏導(dǎo)數(shù)波的性質(zhì)，采用極譜法分別測量了血液中鋅和鐵的含量;周杰郛等［20］采用催化極譜法對地球化學(xué)勘查樣品中鎢和鉬的含量進行了測定，鎢和鉬的檢出限分別為0.30 μg/g 和0.49 μg/g。1.2.3 電位溶出分析法 在恒電位的條件下使被測物質(zhì)預(yù)先經(jīng)過電解并逐漸富集在工作電極上，然后使用一些化學(xué)試劑或附加電流使富集的待測物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)溶出，記錄在此過程中電極電壓E 隨時間t 變化的曲線，通過E-t 曲線來進行分析的方法。應(yīng)海佳等［21］利用鉍膜電極差分脈沖溶出伏安法測定了水樣中鎘的含量，特定條件下鎘的檢測下限可達(dá)0.1 μg/L，且在1 ～120 μg/L 內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系;李立英等［22］用微分電位溶出法測定了多維元素片中鋅、銅、鐵含量;章建軍等［23］建立了重金屬檢測的二次微分電位溶出法，應(yīng)用該法測定了面粉中鎘、鋅的含量，其檢出限分別為0.24 ng/mL，0.71 ng/mL;楊敏等［24］研究了鍍鉍膜電極微分電位溶出法，并依據(jù)此法檢測了水中鉛的含量，其檢出限達(dá)0.003 mg/L。

1.2.4 溶出伏安法 將待測物質(zhì)預(yù)電解富集，待溶出后進行掃描測定的一種方法。該法操作簡便、抗干擾能力強、靈敏度高，長期以來被認(rèn)為是重金屬檢測方法中最為有效的一種，可同時實現(xiàn)對多個元素含量的測定，并且檢測限可達(dá)mol/L。于慶凱等［25］采用微分脈沖陽極溶出伏安法對海水中的重金屬進行檢測，同時測定了海水中Cu、Pb、Cd 和Zn 四種痕量元素;趙廣英［26］采用絲網(wǎng)印刷的碳支持電極，應(yīng)用微分脈沖溶出伏安法及同位鍍汞膜電極法的聯(lián)用，對茶葉中痕量鉛的快速測定進行了相關(guān)研究，取得了較好的檢測效果，得到該法適用于茶葉重金屬的快速檢測的結(jié)論。

目前，相對來說技術(shù)更加成熟的電化學(xué)檢測儀主要是極譜儀，它繼承了光學(xué)檢測范圍廣、精度高的優(yōu)點，可以在很寬的范圍內(nèi)進行測定，且具有良好的選擇性，可實現(xiàn)連續(xù)測量，特別是對于液體樣品不需經(jīng)過前期消化處理，可直接測定，鉛、鎘離子的測定，往往可以得到更好的結(jié)果。

1.3 生物學(xué)相關(guān)檢測方法

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為各學(xué)科間的交叉融合提供了足夠的支持。生物學(xué)研究的快速發(fā)展，其相關(guān)研究成果為土壤重金屬的檢測研究提供了一定的參考。生物學(xué)相關(guān)檢測方法主要有:酶分析法、生物傳感器以及免疫分析法等。

1.3.1 酶分析法 其原理是重金屬具有一定生物毒性，它會結(jié)合甲琉基或琉基形式的酶活性中心，改變酶的活性中心的結(jié)構(gòu)及性能，可以依據(jù)重金屬濃度與酶系統(tǒng)變化的定量關(guān)系來測定相關(guān)重金屬的含量。Yunhui 等［27］采用了脲酶抑制法對Hg2+的含量進行了檢測;Shukor 等［28-29］通過利用木瓜蛋白酶的特定性質(zhì)建立了一種測定重金屬的方法，且用該方法檢測到的毒性被原子發(fā)射光譜分析法證實是存在的;李慧等［30］通過使用體外篩選技術(shù)(SELEX)得到了多種金屬離子的脫氧核酶，并與天然酶進行了比較，推測理論上可以找到每一種金屬離子的脫氧核酶(DNAzyme)，進行相關(guān)重金屬的檢測;柳暢先等［31］利用鎘離子對醇脫氫酶具有抑制作用這一性質(zhì)，通過醇脫氫酶測定了Cd2+的濃度，其檢出限為2.00 μg/L，且嘗試把該法應(yīng)用于蔬菜中Cd2+的檢測中，對這方面工作進行了的初步研究;硝酸鹽還原酶可以將硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，Cu2+的存在能夠抑制硝酸鹽向亞硝酸鹽反應(yīng)的進行，且其還原程度在一定范圍內(nèi)與Cu2+的濃度存在線性關(guān)系;周煥英等［32］通過間接測定反應(yīng)生成的NO2－濃度能夠確定Cu2+的濃度的原理，通過與自制光反射傳感器的聯(lián)用，建立了能夠用于現(xiàn)場快速定量檢測水中Cu2+的方法。

1.3.2 生物傳感器 采用生物材料與待測材料的結(jié)合，通過信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)楣?、電等可輸出的信號，依?jù)這些信號進而可以定量分析相關(guān)重金屬的含量，主要類型包括酶傳感器、蛋白質(zhì)傳感器、細(xì)胞傳感器和微生物傳感器等。近年來，人們已經(jīng)研究開發(fā)了多種用于測定水溶液中有毒性化合物(包括重金屬絡(luò)合物)的生物傳感器，如具有特異性質(zhì)的蛋白生物傳感器等。陳晨［33］研究了鉍膜修飾絲網(wǎng)印刷碳電極同時對Pb2+、Cd2+兩種重金屬離子進行檢測的性能，并基于實驗室自制的絲網(wǎng)印刷金膜電極，通過設(shè)計DNA 探針的結(jié)構(gòu)并應(yīng)用T-Hg2+-T 結(jié)構(gòu)，制備了一種檢測目標(biāo)為Hg2+的DNA 電化學(xué)傳感器，經(jīng)過相關(guān)實驗表明，在一定范圍內(nèi)對Hg2+的濃度呈現(xiàn)出良好的線性關(guān)系，檢測限為0.6 nm(S/N=3)，實現(xiàn)了對Hg2+方便快捷的檢測;Ocana 等［34］構(gòu)建的脫氧核糖核酸酶傳感器通過監(jiān)測銅離子催化氧化抗壞血酸的過程，避免了共存物鎘、鎳和鉛的干擾，實現(xiàn)了銅離子的選擇性檢測;Flavel 等［35］則將甘氨酸-甘氨酸-組氨酸的三肽片段固載到單壁碳管表面，構(gòu)建了電化學(xué)傳感器，實現(xiàn)了銅離子的選擇性檢測;Chong 等［36］則采用鉆石電極表面固載小球藻細(xì)胞得到電化學(xué)細(xì)胞生物傳感器，完成了鎘和鋅的檢測;Yuce 等［37］將藻細(xì)胞固定到電極表面，采用循環(huán)伏安法和微分脈沖伏安法實現(xiàn)了鉛的檢測。生物傳感器壽命的關(guān)鍵取決于其生物活性，由于受其所處環(huán)境的影響，生物傳感器的壽命一般很短，這些很大程度上限制了其應(yīng)用與發(fā)展。

1.3.3 免疫分析法 早在20 世紀(jì)90 年代初期，免疫檢測方法在國外已經(jīng)建立，主要用于有機污染物的檢測，并嘗試將其用于重金屬離子的檢測。運用免疫分析法對重金屬離子進行研究時，檢測前必須進行兩個方面的工作:第一，選用符合條件的金屬絡(luò)合物使其與相應(yīng)的金屬離子結(jié)合，從而獲得一定空間結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生反應(yīng)原性;第二，將結(jié)合了金屬離子的化合物連接到載體蛋白上，產(chǎn)生免疫原性，進而對重金屬含量進行測定，其中的關(guān)鍵在于選擇與金屬離子結(jié)合的絡(luò)合物，這直接影響到特異性抗體能否制備。早在21 世紀(jì)初期Johnson［38］和Darwish 等［39］便通過運用免疫分析方法實現(xiàn)了對Cd2+的有效檢測;Krizkova 等［40］直接將金屬硫蛋白固定到懸汞滴電極表面，實現(xiàn)了銀離子的檢測，該課題組還采用金屬硫蛋白的抗體將金屬硫蛋白固載到碳糊電極(CPE)表面，提高了銀離子的檢測能力［41］。免疫分析方法當(dāng)前仍處在實驗室條件下，但近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，重組單克隆抗體建構(gòu)技術(shù)的進步為免疫檢測方面的應(yīng)用提供了廣闊的前景。篩選特異性好的新型螯合劑、單克隆抗體等都將是今后的發(fā)展方向。

1.4 常規(guī)檢測方法的優(yōu)缺點

為了更好的了解常規(guī)土壤重金屬含量檢測技術(shù)，表1 給出了常規(guī)檢測方法的優(yōu)、缺點以及應(yīng)用現(xiàn)狀。

表1 常規(guī)檢測方法的比較Table 1 Comparison on different methods in conventional detection

傳統(tǒng)的實驗室檢測方法雖然檢測精度、準(zhǔn)確性高，但由于其檢測周期長、工作繁瑣及檢測過程中可能存在環(huán)境污染等原因，除了需要較高準(zhǔn)確度的情況外，在實際生產(chǎn)生活中并不實用。光學(xué)分析法、電化學(xué)分析法以及生物學(xué)分析法較傳統(tǒng)的實驗室檢測方法來說有較多的優(yōu)勢，但也有一些不足之處。光學(xué)分析法是分析金屬及類金屬物的可靠手段，其靈敏度和精確度較高，其所需檢測時間也較短，但其相關(guān)儀器設(shè)備購置和運行成本較高，并對操作者的專業(yè)知識和操作技能均有較高要求。目前，一些發(fā)達(dá)國家采用光學(xué)檢測方法對重金屬進行檢測，如日本及歐盟的部分國家采用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)進行標(biāo)準(zhǔn)檢測，但是對于國內(nèi)用戶來說，購置儀器成本過高，很難使其在我國得到廣泛使用，也有部分國家采用X 熒光光譜分析法，其優(yōu)勢在于可以進行無損檢測，可直接分析待測樣品，但其缺點在于精度較低、重復(fù)性不好。傳感技術(shù)的快速發(fā)展，使得電化學(xué)分析法取得了長足的進步。鑒于其準(zhǔn)確性強、精確度高、檢測成本低以及能夠較快檢測多種重金屬的特點，在實際檢測中應(yīng)用較為廣泛，但其樣品前處理較為復(fù)雜，加上對待檢測土壤環(huán)境有一定的要求，這些都限制了電化學(xué)分析法的進一步應(yīng)用。生物學(xué)分析法對土壤的破壞較小，操作較簡單以及靈敏度高，在某些特定的情況下也可以進行土壤重金屬的檢測，但由于相關(guān)酶、絡(luò)合物、抗體以及生物傳感器難以制備導(dǎo)致其可檢測的重金屬種類有限，且對待檢測土壤環(huán)境有較高的要求，這些都嚴(yán)重影響著生物學(xué)分析法的應(yīng)用。

2 新型檢測方法

2.1 新型檢測方法介紹

近些年來隨著光學(xué)、生物學(xué)、遙感技術(shù)以及其他學(xué)科的深入研究與快速發(fā)展，衍生出一些新型檢測土壤重金屬的方法，如高光譜分析法、太赫茲光譜法、生物量間接測定法及基于環(huán)境磁學(xué)的檢測方法等。

2.1.1 高光譜分析技術(shù) 通過利用遙感(RS)技術(shù)獲取的高光譜數(shù)據(jù)以其高光譜分辨率和多而連續(xù)的光譜波段可以對土壤重金屬含量進行預(yù)測，并且可實現(xiàn)大面積、無損壞及非接觸式的快速測樣，避免了采樣、前期消解處理等復(fù)雜步驟。Kemper 等［42］利用反射光譜成功預(yù)測了礦區(qū)土壤中As、Fe、Hg、Pb等4 種重金屬的含量;吳昀昭等［43］利用反射光譜的相關(guān)特性，基于實驗室條件模擬了Hymap，Aster 以及TM 光譜，快速預(yù)測了南京地區(qū)土壤Hg 污染，發(fā)現(xiàn)了預(yù)測Hg 的最佳波段和土壤Fe 吸收波段一致，且經(jīng)過相關(guān)分析，表明Hg 的含量與土壤反射率存在負(fù)相關(guān)關(guān)系;簡季等［44］首先通過對土壤進行現(xiàn)場光譜測定，然后在第二次光譜采集時通過化學(xué)分析建立了As、Cd、Zn 三種重金屬的反演模型，通過土壤對不同近紅外波段進行相關(guān)試驗，得到若干個模型與實際重金屬含量具有相關(guān)性，得出用實測光譜數(shù)據(jù)反演土壤中重金屬含量的可行性結(jié)論;鄔登巍等［45］研究了應(yīng)用中紅外漫反射光譜對土壤重金屬含量進行快速預(yù)測的可行性，研究結(jié)果表明，該方法可作為一種快速、非破壞性方法對土壤重金屬含量進行預(yù)測。

2.1.2 太赫茲光 太赫茲光是近年發(fā)展起來的國際前沿科技，可用來探測分子間、分子內(nèi)部大小介于氫鍵和微弱內(nèi)部相互作用(范德華力等)之間激勵帶來振動而引起的能量吸收特性，同時也可探測重金屬絡(luò)合物分子的振動特性。目前該法研究成果較少，李斌等［46-47］開展了這方面的初步研究，應(yīng)用太赫茲光譜對土壤重金屬污染進行檢測，通過設(shè)計實驗獲取了大量相關(guān)數(shù)據(jù)，據(jù)此進行建模并進行數(shù)據(jù)分析，初步分析發(fā)現(xiàn)土壤樣品中主要重金屬含量與對應(yīng)的太赫茲吸收譜之間存在一定的對應(yīng)關(guān)系，因而得到了利用太赫茲光譜技術(shù)對土壤重金屬含量進行測定具有可行性的結(jié)論，目前該技術(shù)正在深入研究中。

2.1.3 生物量間接測定技術(shù) 利用某些生物基因表達(dá)具有發(fā)光等特征，通過運用遙感技術(shù)接收相關(guān)光譜，根據(jù)光譜特征進而確定土壤重金屬含量。顧宗濂等［48］早在20 世紀(jì)90 年代便采用了發(fā)光細(xì)菌法對土壤的重金屬污染問題進行相關(guān)研究;溫健婷等［49］在實驗室條件下通過模擬利用細(xì)菌發(fā)光特性實現(xiàn)了對土壤重金屬污染的檢測;楊軍等［50］采用了費氏弧菌發(fā)光法對被鎘污染的土壤及Cd2+進行毒性檢測，通過分析不同濃度Cd2+和不同鎘污染梯度的土壤對發(fā)光細(xì)菌發(fā)光抑制率的影響，得到了一些結(jié)論:在0.32 ～48 mg/L 這個濃度區(qū)間內(nèi)，Cd2+對費氏弧菌的劑量——效應(yīng)關(guān)系為三次曲線，其相關(guān)系數(shù) 在0. 92 ～0. 96;鎘 污 染 土 壤 的 臨 界 濃 度 為10 mg/kg;鎘污染程度越重，土壤的pH 越高，在相同濃度的條件下，溶液中Cd2+對發(fā)光細(xì)菌的毒性較土壤的強。目前，該方法的研究大多仍處于實驗室模擬階段，作者暫時還并沒有看到用于野外現(xiàn)場檢測以及在線研究等相關(guān)報道。

2.1.4 環(huán)境磁學(xué) 任何物質(zhì)都具有某種磁性質(zhì)，根據(jù)物質(zhì)對外加磁場效應(yīng)所對應(yīng)的特征電流，可用以定量物質(zhì)，因而可依據(jù)某些磁參數(shù)值定量土壤重金屬［51］。在土壤污染檢測中，較傳統(tǒng)的實驗室方法，磁學(xué)檢測法具有快速、簡便、靈敏、經(jīng)濟、非損壞性和信息量大等顯著優(yōu)點［52］，用于傳統(tǒng)的污染分析前的預(yù)研究［53］，可節(jié)省大量的人力、物力和時間。與此同時，磁學(xué)檢測方法能夠經(jīng)濟、快速地提供大量采集到的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可用于整個磁參數(shù)空間分布情況的統(tǒng)計與分析，在此基礎(chǔ)上可進行相關(guān)的圖像處理，能對土壤污染狀況做出較全面、系統(tǒng)的解釋。磁性檢測方法由于以上諸多優(yōu)點，受到國內(nèi)外眾多相關(guān)領(lǐng)域研究者的關(guān)注［54］，并取得了一定的研究成果，Bermea 等［55］通過磁學(xué)檢測方法測得了墨西哥城表層土壤所受重金屬污染的情況;Yang 等［56］通過研究碳酸鹽沉積物中相關(guān)磁學(xué)信息，經(jīng)分析后確定出其所受污染狀況，進而判斷出污染的來源、污染程度以及分布規(guī)律等。

盡管這些新型檢測技術(shù)大多停留在實驗室條件下，但為土壤重金屬檢測提供了其他的路徑，相信隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及相關(guān)研究的深入進行，這些新型檢測方法將會擁有很廣闊的應(yīng)用前景。

2.2 新型檢測方法的優(yōu)缺點

為了更加直觀的了解這些新型檢測技術(shù)的特點，表2 給出了各檢測方法的優(yōu)缺點。

表2 新型檢測方法的比較Table 2 Comparison on new detection methods

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展應(yīng)運而生的新型檢測技術(shù)由于其可預(yù)見的優(yōu)勢，得到了相關(guān)研究人員的廣泛關(guān)注，盡管這些方法仍處在初步階段，可以預(yù)見，隨著遙感、生物以及基因等相關(guān)技術(shù)的進一步發(fā)展，這些新型檢測方法擁有廣闊的應(yīng)用前景，必將在土壤重金屬檢測中發(fā)揮著積極作用。

3 土壤重金屬檢測發(fā)展趨勢

近年來，土壤重金屬檢測技術(shù)得到了快速發(fā)展，但與實際需求尚有不小的差距，在一些關(guān)鍵技術(shù)的研究上有著巨大的提升空間。光譜法能以較高的靈敏度和準(zhǔn)確度對各種復(fù)雜環(huán)境樣品中的重金屬含量進行較為有效的分析測定，但考慮到其大多存在需要大型昂貴儀器、分析成本高、需要經(jīng)過消解、分析時間長及安全因素這些問題，其在土壤重金屬含量測定方面應(yīng)用還并未普及;電化學(xué)方法在痕量元素檢測中有較好的研究和應(yīng)用，但目前的檢測過程中，仍存在離子干擾、波峰重疊等問題，再加上土壤樣品前處理過程中需要進行土樣消解，強酸等的使用可能帶來土壤的二次污染，如何克服這些問題成為其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵;新型檢測技術(shù)均顯示出良好的應(yīng)用前景，但考慮到這些技術(shù)相對較新、相應(yīng)的特異性抗體制備困難、太赫茲等設(shè)備目前又比較昂貴，這些都迫切的需要生物、光學(xué)等學(xué)科交叉支撐并開展更多的協(xié)同創(chuàng)新研究。這些目前存在的各種各樣的問題為土壤重金屬檢測技術(shù)的進一步研究發(fā)展指明了方向。

3.1 檢測儀器智能化

從目前的土壤重金屬檢測的研究成果來看，幾乎或者很少研究人員采用傳統(tǒng)的實驗室化學(xué)分析法進行相關(guān)研究測定，大部分均選擇檢測精度高、操作簡單、能同時測定多種重金屬的方法。檢測儀器在測定重金屬的過程中發(fā)揮著巨大作用，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展對現(xiàn)代儀器提出越來越高的要求，不僅要求測量儀器能夠快速、精密、可靠的獲取有關(guān)物質(zhì)組分和含量，同時還具有操作簡單、使用盡可能少的人力物力資源等，即逐漸要求現(xiàn)代儀器具有自動化、智能化、操作簡單化以及對操作人員的要求大幅降低等特點。在常規(guī)的檢測方法中，樣品的前處理仍沿用傳統(tǒng)的方法，需要進行長時間的干燥、去雜、消解等復(fù)雜步驟，且大多需要手動操作來進行，由于其重復(fù)性工作多、效率低，加上時效性較差，嚴(yán)重的制約了這類檢測方法的推廣應(yīng)用。目前，國內(nèi)用于土壤待測樣品自動處理的設(shè)備幾乎處于空白的狀態(tài)，迫切需要研制出具有自動化或半自動化功能的前處理平臺和能夠快速篩選提取浸提液的智能裝備，檢測儀器智能化是檢測技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，對于較為智能化的光學(xué)類檢測儀器而言，由于其昂貴的成本及操作費用大大限制了其應(yīng)用，如何進一步降低這些儀器生產(chǎn)、操作成本也是檢測技術(shù)發(fā)展的一個方向。

3.2 檢測結(jié)果精準(zhǔn)化

從光學(xué)檢測方法的使用到各種現(xiàn)代儀器聯(lián)用，痕量土壤重金屬的檢出限逐漸降低，精準(zhǔn)化程度大幅提高，測量的范圍更廣，大多研究者逐漸傾向于使用多種儀器聯(lián)用法對重金屬進行測定。自50 年代開始，儀器儀表取得了突破發(fā)展，60 年代測試技術(shù)的提高、計算機的引入，到70 年代計算機多種算法的深入改進，再到80、90 年代網(wǎng)絡(luò)大面積興起，到現(xiàn)在的微電子技術(shù)、計算機技術(shù)及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新興技術(shù)的巨大進步，實現(xiàn)了儀器檢測精度從mg/L到μg/L 再到ng/L 的跨越，在精準(zhǔn)測量領(lǐng)域內(nèi)展開了一場新的推動力革命。傳感技術(shù)的發(fā)展為電化學(xué)分析法和生物學(xué)分析法提供了契機，各種適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境，靈敏度高的傳感器、電極應(yīng)運而生，這些都為土壤重金屬檢測結(jié)果的精準(zhǔn)化奠定了堅實的基礎(chǔ)。對于檢測結(jié)果精準(zhǔn)度要求的提高將促使著傳感器向著更高精準(zhǔn)度、靈敏度、低成本和較強適應(yīng)環(huán)境能力的方向上發(fā)展。對于新型檢測技術(shù)如高光譜、太赫茲等，為土壤重金屬研究發(fā)展帶來了新的活力，它的優(yōu)點是實現(xiàn)快速、無損壞、大面積檢測，同時具有直接性、真實性及實用性，且該法較容易重復(fù)驗證，能較大幅度縮短實驗周期，這些優(yōu)點都是其他檢測方法無法比擬的。當(dāng)前研究熱點大多集中在高光譜遙感探測及生物發(fā)光技術(shù)檢測方面，這些新觀點有一定的創(chuàng)新性，具有一定的理論意義，但由于這些技術(shù)大多仍處于試驗、測試階段，且其大多是估計值而并非準(zhǔn)確值，精確度有待驗證，研究思路可以借鑒但是該類技術(shù)的推廣應(yīng)用仍需要進一步的研究和相關(guān)實驗驗證，如何提高其精準(zhǔn)度是相關(guān)研究人員需要重點研究的問題。

3.3 檢測技術(shù)綜合化

遙感、磁學(xué)及基因等相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，使得土壤重金屬檢測技術(shù)的綜合化的可能性得以實現(xiàn)。目前，基于遙感技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、環(huán)境磁學(xué)及其它科學(xué)手段能做到的僅僅是大面積、快速預(yù)估土壤重金屬的含量，而不能做到較為精確的程度，進一步精準(zhǔn)化是科研人員研究的熱點。而在當(dāng)前的情況下，傳統(tǒng)以及新型檢測方法都有一定的不足之處，如何把兩種或者多種檢測方法結(jié)合起來使用應(yīng)當(dāng)是相關(guān)研究人員重視的問題。在實際檢測過程中可以應(yīng)用遙感技術(shù)、便攜式光學(xué)儀器、電化學(xué)生物傳感器等對突發(fā)污染事件或者樣品土壤進行初步的快速檢測，然后采用傳統(tǒng)檢測方法進行實驗室檢測確認(rèn)，這樣可以使得檢測效率和精確度大大提高。如何實現(xiàn)檢測技術(shù)的進一步綜合化可能成為今后土壤重金屬檢測技術(shù)發(fā)展的一個非常重要方向。

4 結(jié)束語

對于實際問題的研究需求，采用不同的方法進行研究是比較合理的選擇。對于目前的研究現(xiàn)狀來說，土壤重金屬檢測的主流方法還是光學(xué)檢測方法、電化學(xué)檢測方法等常規(guī)檢測方法，但是隨著人們對重金屬檢測技術(shù)的不斷研究以及對重金屬測試物理機理更深入的認(rèn)識，勢必引起檢測技術(shù)的不斷發(fā)展、改進和完善，使得土壤重金屬檢測技術(shù)朝著快速化、低成本化、自動化、智能化、綜合化以及高普適性的方向發(fā)展，最終會形成完備的檢測方法。

土壤重金屬的檢測方法作為研究土壤問題的工具，對于土壤污染問題的研究至關(guān)重要。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，其總體是向高光譜遙感、環(huán)境磁學(xué)、太赫茲光及基因技術(shù)等具有高普適應(yīng)性的方向發(fā)展，但就技術(shù)本身的發(fā)展趨勢而言，是向更高精度的微觀探索技術(shù)和節(jié)約時間、成本的中觀及宏觀檢測技術(shù)的方向上發(fā)展。

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