張偉

摘? 要：近年來，隨著我國(guó)工業(yè)的快速發(fā)展，在大幅度提升我國(guó)國(guó)民收入的同時(shí)也使國(guó)內(nèi)的環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，其中重金屬污染就是典型的工業(yè)污染類型。與其他污染類型不同，重金屬污染物對(duì)土壤造成的破壞具有一定的延續(xù)性，在很長(zhǎng)一段時(shí)間都影響了土壤的質(zhì)量，進(jìn)而導(dǎo)致土壤中的植物受到污染。因此，相關(guān)技術(shù)檢測(cè)部門需要對(duì)土壤中的重金屬元素種類和含量進(jìn)行全面的檢測(cè)，只有這樣才能對(duì)土壤有針對(duì)性的防護(hù)與治理，防止土壤污染的進(jìn)一步加重。在此背景下，該文以土壤重金屬污染的危害為切入點(diǎn)，對(duì)當(dāng)前土壤重金屬快速監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)分析，并闡述了土壤重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用前景，最后總結(jié)了如何才能做好土壤重金屬快速監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬;快速監(jiān)測(cè); 熒光光譜技術(shù)

中圖分類號(hào)： X833? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

重金屬污染是當(dāng)前我國(guó)土壤污染中最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一，重金屬污染問題得不到解決會(huì)對(duì)土壤質(zhì)量造成持久性的破壞，甚至?xí)绊懼参锏馁|(zhì)量，對(duì)人類身體健康造成危害，因此治理土壤重金屬污染，已成為環(huán)保部門亟待解決的問題。要想成功治理土壤重金屬污染就必須對(duì)土壤中的重金屬含量和種類進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，重金屬快速監(jiān)測(cè)技術(shù)在其中發(fā)揮了重要的作用。當(dāng)前，土壤重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)有很多，其中較為常見的包括熒光光譜技術(shù)、生物傳感器技術(shù)、激光誘導(dǎo)擊穿技術(shù)、高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)和環(huán)境磁學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)等，該文將對(duì)以上快速監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。

1 土壤重金屬污染的危害

重金屬是指相對(duì)密度超過5的金屬元素，當(dāng)前常見的重金屬元素主要包括鉛、汞、鉻、鋅和銅等元素。如果土壤中重金屬含量過多，超出了安全范圍，就會(huì)導(dǎo)致土壤出現(xiàn)重金屬污染的情況。通常來說，如果在對(duì)植物進(jìn)行灌溉時(shí)用水質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、工業(yè)采礦時(shí)采礦方法不符合規(guī)定或者工業(yè)廢水排放質(zhì)量不達(dá)標(biāo)都會(huì)導(dǎo)致土壤重金屬污染。一般情況下，如果土壤中重金屬元素超標(biāo)，重金屬污染是不會(huì)自己進(jìn)行降解的，它會(huì)長(zhǎng)期在土壤中留存，如果人和動(dòng)物食用了土壤中的植物，重金屬元素還會(huì)在人和動(dòng)物體內(nèi)逐漸積累，對(duì)人和動(dòng)物身體健康造成威脅。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，土壤重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)也在不斷更新，因此需要相關(guān)人員對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)需要技術(shù)人員不斷地更新改進(jìn)土壤監(jiān)測(cè)技術(shù)，加強(qiáng)快速監(jiān)測(cè)手段，進(jìn)而從根本上提升我國(guó)土地環(huán)境質(zhì)量[1]。

2 土壤重金屬快速監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 熒光光譜技術(shù)

熒光光譜技術(shù)又稱為X射線熒光光譜技術(shù)，這種監(jiān)測(cè)技術(shù)主要可以對(duì)土壤進(jìn)行定量和定性分析。其主要工作原理是對(duì)采集到的土壤樣品進(jìn)行X光照射，樣品能夠吸收X射線，土壤中不同的重金屬元素吸收X射線后會(huì)產(chǎn)生不同波長(zhǎng)的熒光，技術(shù)人員根據(jù)熒光的波長(zhǎng)和能量能夠判斷出土壤中含有重金屬的元素種類和含量。熒光光譜技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)對(duì)土壤樣品造成其他污染和破壞，另外熒光光譜監(jiān)測(cè)技術(shù)具有較高的監(jiān)測(cè)速度和較高的穩(wěn)定性，如果有需要能夠直接在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施監(jiān)測(cè)。近年來，在熒光光譜技術(shù)的基礎(chǔ)上又發(fā)展出了一些新的監(jiān)測(cè)分析技術(shù)，例如電子探針X射線光譜監(jiān)測(cè)技術(shù)、全反射X射線熒光分析監(jiān)測(cè)技術(shù)和偏振激發(fā)X射線熒光分析監(jiān)測(cè)技術(shù)等。采用這些新型技術(shù)后，監(jiān)測(cè)技術(shù)的靈敏性和準(zhǔn)確度都有了較大幅度的提升，且對(duì)土壤取樣量要求不高，監(jiān)測(cè)過程復(fù)雜性有所降低，因此熒光光譜監(jiān)測(cè)技術(shù)在土壤重金屬監(jiān)測(cè)方面已引起了廣泛的關(guān)注。

2.2 生物傳感器技術(shù)

生物傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)是依靠蛋白質(zhì)、酶這兩種物質(zhì)進(jìn)行的重金屬快速監(jiān)測(cè)。眾所周知，蛋白質(zhì)和酶具有一定的生物識(shí)別能力，這種具有生物識(shí)別能力的物質(zhì)與監(jiān)測(cè)土壤結(jié)合可以發(fā)生相應(yīng)的變化，變化情況能夠轉(zhuǎn)換成容易被捕捉到的電信號(hào)或者光信號(hào)，監(jiān)測(cè)人員對(duì)捕捉到的電信號(hào)或者光信號(hào)進(jìn)行分析，就能測(cè)量出監(jiān)測(cè)物質(zhì)中所含貴金屬的種類和含量?，F(xiàn)階段，我國(guó)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)中常用的傳感器主要包括免疫傳感器、細(xì)胞傳感器和生物傳感器等[2]見表1和表2。

2.3 激光誘導(dǎo)擊穿技術(shù)

激光誘導(dǎo)擊穿技術(shù)又稱為激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析法，它是一種借助于等離子體發(fā)光進(jìn)行土壤成分探測(cè)的一種污染檢測(cè)方法、激光誘導(dǎo)擊穿技術(shù)的工作原理為：讓激光穿透會(huì)聚透鏡，土壤表面的物質(zhì)經(jīng)過高峰值功率激光的照射會(huì)發(fā)生氣化和電離反應(yīng)，這時(shí)光學(xué)系統(tǒng)將土壤表面輻射出來的原子和離子光譜收集起來，監(jiān)測(cè)人員將收集起來的光譜信息輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，就能判斷分析出土壤中所含物質(zhì)的種類和質(zhì)量。激光誘導(dǎo)擊穿技術(shù)具有十分明顯突出的優(yōu)勢(shì)，監(jiān)測(cè)人員利用這種技術(shù)能夠在同一時(shí)間定量和定性分析出土壤中所含的不同物質(zhì)和狀態(tài)，另外采用這種方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析對(duì)監(jiān)測(cè)樣本質(zhì)量沒有過高的要求，因此能夠節(jié)省大量人力，還能夠大幅度提升監(jiān)測(cè)分析效率。

2.4 高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)

當(dāng)前高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)主要包括地面高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)和航空航天高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)。其中地面高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)是將傳感器用三腳架、遙感車等儀器搭載起來，利用搭載后的傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)防范，這種地面高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)可以進(jìn)行各種地物波普測(cè)量。而航空航天高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)是指利用飛機(jī)飛艇或者氣球搭載傳感器，對(duì)地面進(jìn)行遙感觀測(cè)監(jiān)測(cè)，因此，航天遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)又稱為太空遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)。高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是監(jiān)測(cè)效率高、監(jiān)測(cè)范圍大，相對(duì)于傳統(tǒng)遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)具有更小的采樣間隔和更高的空間分辨率，因此這種高光譜遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在土壤、植被、農(nóng)業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)中具有極大的前景和價(jià)值。

2.5 環(huán)境磁學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)

環(huán)境磁學(xué)監(jiān)測(cè)技術(shù)是利用磁性質(zhì)進(jìn)行污染監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法，在自然界，任何物質(zhì)都具有一定的磁性質(zhì)，監(jiān)測(cè)人員根據(jù)物質(zhì)對(duì)外產(chǎn)生的磁效應(yīng)和電流，能夠檢測(cè)出土壤中所含物質(zhì)的性質(zhì)和數(shù)量，從而推算出土壤中有害重金屬的構(gòu)成和含量。

3 幾種土壤重金屬快速監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用前景

3.1 熒光光譜技術(shù)的應(yīng)用前景

X射線熒光光譜技術(shù)以其監(jiān)測(cè)速度快，對(duì)土壤無二次污染等特點(diǎn)，成為了當(dāng)前發(fā)展速度最快的土壤重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)。但是，為了更高效準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量，該項(xiàng)技術(shù)在未來還應(yīng)該有所優(yōu)化，例如在進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)光譜線進(jìn)行必要處理，同時(shí)還應(yīng)該對(duì)光譜譜峰進(jìn)行更精細(xì)的識(shí)別，提升監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[3]。

3.2 生物傳感器技術(shù)的應(yīng)用前景

使用生物傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，由于生物酶具有很強(qiáng)的單一選擇性，很難對(duì)待檢樣本中的多種物質(zhì)同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，因此這種方法只偶爾的被應(yīng)用在土壤重金屬監(jiān)測(cè)過程中。在未來發(fā)展中，監(jiān)測(cè)技術(shù)人員應(yīng)該將研究重點(diǎn)放在多免疫抗體和多酶抑制監(jiān)測(cè)技術(shù)上，同時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)過程的精化、智能處理也是未來生物傳感器監(jiān)測(cè)的開發(fā)重心。

3.3 激光誘導(dǎo)擊穿技術(shù)的應(yīng)用前景

近年來，激光誘導(dǎo)擊穿技術(shù)飛速發(fā)展，此項(xiàng)技術(shù)遇到的主要問題是在進(jìn)行土壤檢測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)人員獲得的譜線密度十分復(fù)雜，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果有較大的影響，因此未來研究中，應(yīng)該將提升土壤樣品表面平整度作為研究的主要重心[4]。

4 土壤重金屬快速監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

4.1 提升監(jiān)測(cè)的主動(dòng)性

未來對(duì)土壤中重金屬的檢測(cè)應(yīng)由過去的被動(dòng)檢測(cè)向未來主動(dòng)監(jiān)測(cè)發(fā)展，傳統(tǒng)的檢測(cè)只能在土壤已經(jīng)出現(xiàn)污染情況后檢測(cè)出來，因此無法達(dá)到提前預(yù)防的目的。在未來發(fā)展中，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)以點(diǎn)帶面，大面積進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)土壤污染，盡早處理。

4.2 提升土壤監(jiān)測(cè)的綜合性

當(dāng)前使用最多的檢測(cè)方法是實(shí)驗(yàn)室化學(xué)檢測(cè)法，這種檢測(cè)方式無法進(jìn)行大面積快速檢測(cè)，因此未來發(fā)展中具有更高綜合性的遙感車監(jiān)測(cè)、無人機(jī)等航空平臺(tái)監(jiān)測(cè)將是一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，利用綜合性更高的監(jiān)測(cè)方法能夠快速、大面積的分析、治理土壤重金屬污染。

5 結(jié)語

綜上所述，對(duì)土壤進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)，分析土壤中重金屬的含量是解決土壤污染的重要手段，因此應(yīng)該對(duì)土壤重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行全面細(xì)致的分析，總結(jié)出具有可行性的應(yīng)對(duì)措施和治理方案。

參考文獻(xiàn)

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