李萬(wàn)杰

（新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師環(huán)境監(jiān)測(cè)站，新疆 阿拉爾 843300）

當(dāng)前，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，工業(yè)化持續(xù)推進(jìn)，然而工業(yè)廢棄物和工業(yè)廢水的排放對(duì)人體健康造成嚴(yán)重的威脅。工業(yè)廢棄物和工業(yè)廢水中往往含有大量重金屬，一旦未經(jīng)處理而進(jìn)入環(huán)境，不僅會(huì)污染農(nóng)作物，還會(huì)致使糧食大量減產(chǎn)，阻礙我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1-3]。為此，本文分析了土壤重金屬光譜檢測(cè)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀和檢測(cè)方法，以期不斷推進(jìn)土壤污染防治工作。

1 土壤重金屬光譜檢測(cè)國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

新時(shí)代，我國(guó)大力開(kāi)展城市建設(shè)，工業(yè)迅速發(fā)展和壯大，不僅為人們的生活帶來(lái)翻天覆地的變化，也改變了世界的面貌。然而，工業(yè)生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生大量污染物，導(dǎo)致環(huán)境污染，嚴(yán)重威脅人體健康，使得人們開(kāi)始正視環(huán)境污染問(wèn)題。企業(yè)要不斷優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，加大環(huán)境治理的資金投入?？墒?，環(huán)境污染的治理不是一朝一夕就能實(shí)現(xiàn)的，往往需要投入大量時(shí)間和精力，尤其是對(duì)土壤污染的綜合治理。

地表土壤不僅是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，也是人類(lèi)賴(lài)以生存的根本，土壤環(huán)境質(zhì)量安全直接影響人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展，也是確保農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的重要因素。一旦土壤被重金屬污染，農(nóng)作物可能會(huì)吸收重金屬元素，影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，威脅人體健康[4-6]。為此，人們必須采用有效的檢測(cè)技術(shù)手段，科學(xué)檢測(cè)土壤中的重金屬物質(zhì)。

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)重金屬光譜檢測(cè)研究起步較晚，但是發(fā)展十分迅速。重金屬光譜檢測(cè)主要利用原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、激光誘導(dǎo)擊穿光譜法、X射線(xiàn)熒光光譜法、表面增強(qiáng)拉曼光譜法等來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤中重金屬物質(zhì)的檢測(cè)。這些檢測(cè)技術(shù)可以大幅度提高檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度、準(zhǔn)確度，同時(shí)現(xiàn)代治理技術(shù)相輔相成，可以有效降低或清除掉土壤中的重金屬物質(zhì)，從而大幅度提高農(nóng)作物的產(chǎn)量，推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)久發(fā)展。

2 土壤重金屬光譜檢測(cè)方法的探析

2.1 原子吸收光譜法

原子吸收光譜又被稱(chēng)為原子分光光度法，它是基于待測(cè)元素的基態(tài)原子蒸氣對(duì)其特征譜線(xiàn)進(jìn)行吸收的一種技術(shù)，它是根據(jù)特征譜線(xiàn)的基本特征和譜線(xiàn)減弱的不同程度對(duì)待測(cè)元素進(jìn)行定性、定量分析的一種儀器分析方法[2]。原子吸收光譜法的基本原理是利用氣態(tài)原子來(lái)吸收一定波長(zhǎng)的光輻射，使得原子中層或外層的電子能夠從基本常態(tài)跳躍至激發(fā)狀態(tài)。各原子中的不同電子帶有的能級(jí)不同，可以有選擇性地吸收一定波長(zhǎng)的輻射光，使入輻射光大幅度減弱。

利用原子吸收光譜法對(duì)土壤重金屬進(jìn)行檢測(cè)有很多優(yōu)點(diǎn)。一是選擇性比較強(qiáng)，因?yàn)樵游諑捄苷?。二是靈敏度高。原子吸收光譜法是我國(guó)目前土壤重金屬檢測(cè)使用最多的方法之一，該技術(shù)靈敏度較高，需要的進(jìn)樣量相對(duì)較少。三是分析范圍廣。原子吸收光譜法往往與元素的激發(fā)性能有著密不可分的關(guān)聯(lián)，它不僅可以檢測(cè)微量甚至是超痕量元素，也可以檢測(cè)氣態(tài)樣品和部分固態(tài)樣品，這是其他分析技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的。四是抗干擾能力比較強(qiáng)，它不會(huì)因外界溫度而受到影響，靈敏度高，土壤重金屬檢測(cè)成果較為顯著。

2.2 原子熒光光譜法

原子熒光光譜法又可以稱(chēng)為原子吸收分光光度分析法，它是介于原子發(fā)射光譜和原子吸收之間的光譜分析技術(shù)。它主要利用待檢測(cè)的特定原子蒸氣輻射的特有光波，對(duì)土壤中的重金屬元素進(jìn)行定量檢測(cè)和分析[3]。基本原理是利用基本形態(tài)的原子來(lái)吸收特定頻率的輻射而被激發(fā)至高能態(tài)，激發(fā)期間以光輻射的基本形式發(fā)射出特征波長(zhǎng)的熒光。原子熒光光譜法有諸多優(yōu)點(diǎn)，在對(duì)重金屬土壤進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，靈敏度很高，校正曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍很寬，可以同時(shí)測(cè)定多種元素。該技術(shù)在冶金、地質(zhì)、石油、農(nóng)業(yè)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域均獲得了廣泛的應(yīng)用。

2.3 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法利用高頻電感耦合產(chǎn)生等離子體放電的光源，進(jìn)行原子發(fā)射光譜分析，它是一種火焰溫度在6 000～10 000 K的火焰技術(shù)。該發(fā)射強(qiáng)度表示樣品中元素的濃度，它也是一種新型激發(fā)光源，性能極強(qiáng)，應(yīng)用范圍十分廣泛。該方法可以分析檢測(cè)多種元素，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬元素的定量、定性分析，同時(shí)可以對(duì)土壤中的部分非重金屬元素進(jìn)行相關(guān)分析，檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度高。電感耦合等離子體發(fā)射光譜主要由離子體炬管、高頻發(fā)生器（產(chǎn)生高頻電流）、感應(yīng)圈、供氣系統(tǒng)和霧化系統(tǒng)等組成，其中，炬管由三層同心石英玻璃管組成[4]。

2.4 激光誘導(dǎo)擊穿光譜法

激光誘導(dǎo)擊穿光譜法是通過(guò)超短脈沖激光聚焦樣品表面形成的等離子體，對(duì)等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行分析，進(jìn)一步確定待檢測(cè)樣品的物質(zhì)成分和含量，被廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域，是一種現(xiàn)代化的土壤重金屬檢測(cè)分析技術(shù)。其中，超短脈沖激光在聚焦后產(chǎn)生的能量密度往往比較高，可以將自然界中的任何物態(tài)檢測(cè)樣品激發(fā)成等離子體，同時(shí)受到激光功率、攝譜儀檢測(cè)器的靈敏度和波長(zhǎng)范圍限制。在利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜法對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，假如待檢測(cè)材料物質(zhì)成分和含量是已知的，該技術(shù)就可以用于評(píng)估待檢測(cè)樣品中的每種元素和物質(zhì)相對(duì)濃度，或?qū)Υ龣z測(cè)樣品中的雜質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。激光誘導(dǎo)擊穿光譜法的主要硬件是1 064 nm Nd:YAG脈沖激光器，脈寬約為10 ns，聚焦后能量密度可達(dá)1 GW/cm。除此之外，該方法的檢測(cè)儀器成本較高，土壤重金屬檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性往往會(huì)受到待檢測(cè)樣品均勻性的影響，其有待進(jìn)一步優(yōu)化。

2.5 X射線(xiàn)熒光光譜法

X射線(xiàn)熒光光譜法集現(xiàn)代電子技術(shù)、光譜檢測(cè)分析技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和化學(xué)技術(shù)于一體，主要利用待檢測(cè)樣品對(duì)X線(xiàn)的吸收，對(duì)樣品進(jìn)行定性或定量分析。該技術(shù)是介于原子發(fā)射光譜和原子吸收光譜之間的光譜分析技術(shù)，可以檢測(cè)土壤中的多種重金屬元素，檢測(cè)物質(zhì)的濃度范圍較寬，操作十分簡(jiǎn)單，環(huán)保且成本低。該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在諸多固態(tài)或液態(tài)物質(zhì)的檢測(cè)上，可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)重金屬檢測(cè)和分析的自動(dòng)化，操作快捷，成效顯著。

當(dāng)照射原子核的X射線(xiàn)能量與原子核的內(nèi)層電子能量在同一數(shù)量級(jí)時(shí)，核的內(nèi)層電子共振吸收射線(xiàn)的輻射能量后發(fā)生躍遷，而在內(nèi)層電子軌道上留下一個(gè)空穴，處于高能態(tài)的外層電子跳回低能態(tài)的空穴，將過(guò)剩的能量以X射線(xiàn)的形式放出，所產(chǎn)生的X射線(xiàn)即為代表各元素特征的X射線(xiàn)熒光譜線(xiàn)[5]。該方法的靈敏度高，譜線(xiàn)簡(jiǎn)單，在檢測(cè)土壤中的重金屬時(shí)，即使土壤濃度較低，校準(zhǔn)曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍也可寬達(dá)3～5個(gè)數(shù)量級(jí)。其應(yīng)用范圍廣泛，不僅可以應(yīng)用于土壤重金屬檢測(cè)，還可以應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、高純物質(zhì)、礦物、水質(zhì)監(jiān)控、生物制品以及醫(yī)療病理分析等方面。

2.6 表面增強(qiáng)拉曼光譜法

表面增強(qiáng)拉曼光譜法利用增強(qiáng)因子將常規(guī)拉曼光譜信號(hào)進(jìn)行強(qiáng)化，它是一種表征分子震動(dòng)能力的指紋管光譜。拉曼光譜和紅外光譜均屬于分子震動(dòng)光譜，可以直接反映分子特征結(jié)構(gòu)。需要注意的是，拉曼信號(hào)都很弱，對(duì)表面吸附物種進(jìn)行拉曼光譜研究時(shí)，人們幾乎都要利用某種增強(qiáng)效應(yīng)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于物理、化學(xué)和生物等領(lǐng)域，是目前土壤重金屬檢測(cè)領(lǐng)域較為先進(jìn)的檢測(cè)方法，具有超高的精準(zhǔn)性、準(zhǔn)確性以及特異性，可以使檢測(cè)人員對(duì)土壤中的各類(lèi)重金屬進(jìn)行分子級(jí)別分析和檢測(cè)。人們可以利用表面增強(qiáng)拉曼光譜法來(lái)檢測(cè)土壤中的重金屬，但是重金屬自身不具備明顯的譜峰特征，檢測(cè)人員需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記分子間接性檢測(cè)。表面增強(qiáng)拉曼光譜法不只應(yīng)用于土壤重金屬檢測(cè)領(lǐng)域，也被廣泛應(yīng)用于材料、化工、石油、高分子、生物、環(huán)保和地質(zhì)等領(lǐng)域。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著城市化和工業(yè)化的快速推進(jìn)，工業(yè)垃圾和生活垃圾不斷增加，致使地表土壤受到嚴(yán)重的重金屬污染，不僅對(duì)人體健康造成威脅，也威脅地表生物的生存。因此，要不斷優(yōu)化土壤重金屬檢測(cè)技術(shù)，有效提高土壤重金屬檢測(cè)的靈敏度，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。