曹 鈺

（湖南省分析測試中心有限公司，湖南 長沙 410004）

土壤大多數(shù)是由各種礦物質(zhì)在地表組成的土質(zhì)疏松的物質(zhì)，是確保地球生態(tài)平衡的核心組成部分。然而土壤環(huán)境污染具有嚴(yán)重的隱秘性、滯后性、復(fù)雜多樣等多樣化特征，通常來說重金屬污染在土壤中最為嚴(yán)重。

隨著我國城鎮(zhèn)化速度的加快與推進(jìn)，礦產(chǎn)工業(yè)得以迅速發(fā)展，污染土壤的重金屬元素備受重視，已經(jīng)從早期的輕度污染轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的重度污染，使得土壤中自身的酶活性和微生物遭到嚴(yán)重的損壞，從而使得土壤肥力退化嚴(yán)重，甚至可以借助接觸到人們經(jīng)常食用的糧食作物，嚴(yán)重危及人們的身心健康安全。所以，研究采礦區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀及檢測方法極其重要。

1 采礦區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀

經(jīng)研究表明，中國現(xiàn)階段有大部分的土壤在遭受各種程度的重金屬污染，僅遭受重金屬污染的耕地面積高達(dá)2×105km2，在我國總耕地中占比高達(dá)20%，并且，因土壤重金屬污染而致使每年糧食減產(chǎn)總數(shù)量已經(jīng)有2000萬噸，所造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)200億元?？梢姰?dāng)前我國土地重金屬污染問題極其嚴(yán)重，尤其是我國礦業(yè)采礦區(qū)土壤污染情況更是惡劣，就當(dāng)前中國土壤重金屬污染的分布情況分析，相比較北方土壤重金屬污染的程度，南方土地重金屬污染程度十分嚴(yán)重，特別是在西南和中南部地區(qū)污染問題日益突出[1]。

1.1 當(dāng)前我國采礦區(qū)土壤重金屬污染的分布特征

現(xiàn)階段，我國土壤重金屬污染分布呈現(xiàn)地域性特征，并且，在西部、中部、東部此區(qū)域的土壤重金屬污染情況各不相同，最為嚴(yán)重的屬于中部地區(qū)，相比較中部，西部和東部地區(qū)的土壤重金屬污染程度較小，究其根本，原因在于我國大多的煤礦及金屬礦區(qū)大部分集中在中部地區(qū)，以及中部地區(qū)有各種各樣的礦藏開采活動(dòng)，造成嚴(yán)重的土壤污染。而我國的中部地區(qū)土壤重金屬污染最為嚴(yán)重的災(zāi)區(qū)集中在14個(gè)大省，相關(guān)必須高度關(guān)注，具體詳情如下表所示：

表1 土壤重金屬污染區(qū)域分布詳情

1.2 土壤重金屬污染的主要元素

目前，我國采礦區(qū)土壤重金屬污染大多都存在土壤污染超負(fù)荷的問題，經(jīng)研究表明，大多污染物的來源是無機(jī)元素，土壤重金屬污染元素超標(biāo)率占據(jù)前8名有汞、鎘、鉻、鉛、銅、鎳、砷、鋅。特別是鎘元素的土壤點(diǎn)位超標(biāo)最高。就地域分布特征而言，各個(gè)地區(qū)的土壤重金屬污染分布有所差異，我國一些老工業(yè)礦區(qū)的城郊地區(qū)許多農(nóng)用耕地遭受各種重金屬元素的不同程度污染；而西部地區(qū)集中分布在內(nèi)蒙古、云南四川等地區(qū)受到嚴(yán)重的砷、鎘、汞等重金屬的嚴(yán)重污染；分布在華南一代的采礦區(qū)有高達(dá)一半的農(nóng)用耕地遭受到嚴(yán)重的重金屬污染，其中最多的是汞、鎘、砷。而分布在采礦區(qū)附近的土壤重金屬污染超標(biāo)的元素是砷，嚴(yán)重危及當(dāng)?shù)鼐用竦纳硇慕】导吧踩?。為了更好的從根源處治理土壤環(huán)境污染，究其根源需立即采取措施處理[2]。

1.3 土壤重金屬污染治理存在一定難度

土壤重金屬污染大多集中在礦區(qū)、廢水、農(nóng)業(yè)地帶，一些重金屬元素經(jīng)表層土壤和積水滲透使得土壤受到嚴(yán)重的污染，事實(shí)地表農(nóng)作物被污染、減產(chǎn)，并且很難通過自然條件達(dá)到自然降解，一旦土壤遭受到重金屬元素的污染，那么很難通過自然條件恢復(fù)到原有的生態(tài)面貌，并且，土壤重金屬污染極易吸附土壤中的膠體，經(jīng)過時(shí)間的推移持續(xù)堆積。除此之外，由于土壤重金屬所造成的污染及分布狀況錯(cuò)綜復(fù)雜，并且在許多土壤重金屬元素中有一些重金屬元素，其化學(xué)的酶活性較強(qiáng)，在污染過程中極易產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，從而引發(fā)土壤pH值的變化，致使土壤重金屬污染分布呈現(xiàn)各種污染形態(tài)，在治理上存在很大的難度，為了最大限度降低土壤重金屬污染以及對人體及環(huán)境的損壞，需要采取措施進(jìn)行重金屬污染元素檢測，盡可能采用多樣化的土壤重金屬污染檢測方法，確保檢測的精準(zhǔn)度、質(zhì)量、效率實(shí)時(shí)高效，確保土壤環(huán)境能夠良性、健康發(fā)展[3]。

2 采礦區(qū)土壤重金屬檢測方法分析

若想從根源處檢測土壤重金屬污染的內(nèi)部環(huán)境，需要采用多種方式進(jìn)行土壤重金屬檢測，完善和提升土壤環(huán)境的檢測方法及技術(shù)，才能針對性的采取措施治理土壤中的重金屬污染[4]。目前，檢測土壤重金屬的方式有以下幾種：

2.1 土壤重金屬常規(guī)檢測方式

2.1.1 電化學(xué)檢測方式

目前，重金屬污染電化學(xué)的檢測方式通常是借助實(shí)驗(yàn)技術(shù)和電化學(xué)的原理，結(jié)合土壤在溶液中的化學(xué)反應(yīng)及含量分析，是較為常用的檢測方式，把試液當(dāng)做化學(xué)電池的核心組成部分，結(jié)合電池的自身參數(shù)和土壤中檢測的重金屬濃度分析彼此之間的聯(lián)系，之后測定結(jié)果，根據(jù)測定的電參數(shù)差異，可分別采用極譜分析法、溶出伏安法、離子選擇性電極法等。

（1）極譜分析法：

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)可以解決上述問題，以學(xué)為本建設(shè)優(yōu)質(zhì)的在線開放課程，開啟課程資源共享與應(yīng)用模式，學(xué)生課下先學(xué)習(xí)老師提供的基礎(chǔ)知識，如果有問題就可以記錄下來，在課堂上由老師答疑或同學(xué)討論來解決。翻轉(zhuǎn)課堂通過把傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)和線上學(xué)習(xí)的優(yōu)勢結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)線上線下混合式教學(xué)，可以更好地加強(qiáng)面對面的互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力，提高教學(xué)效果，開啟學(xué)生深度學(xué)習(xí)，滿足不同學(xué)生對象的學(xué)習(xí)需求[5]。

此檢測方式在于依照特定的滴汞電極當(dāng)做工作電極，嚴(yán)格依照光學(xué)檢測法，其精準(zhǔn)度極高，并且適用范圍較廣，其自身獨(dú)具可連續(xù)測定以及自由選擇等優(yōu)勢，所以，極譜儀在土壤種金屬污染檢測中應(yīng)用最為廣泛，最早學(xué)者創(chuàng)立催化極譜法，能夠以最快的速度檢測土壤中重金屬的含量及占比，其結(jié)果精準(zhǔn)穩(wěn)定，相比較早期的比色法、原子吸收等方式所消耗的資金投入較低，抗干擾因素較強(qiáng)，靈敏度較高。通過堿性消解，極譜法在土壤中金屬檢測中，測定鉻取得了顯著的效果。

（2）溶出伏安法：

與極譜法不同，此方式依照表面靜止的固體或液體電極作為工作電極，而極譜法則是依照特有的滴汞電極作為工作電極。通常伏安法是將所要測試的土壤電解到一定時(shí)間，之后轉(zhuǎn)變電極的定位，再次溶出新土壤，依照伏安曲線開展定量分析。此方式操作簡單快捷、極具干擾性能、靈敏度特別高，此方式不僅能夠檢測土壤重金屬元素，在生物式樣、食品檢測等多個(gè)領(lǐng)域中得到大量的普及和應(yīng)用，經(jīng)研究表明，此方式在測定土壤中重金屬元素的試驗(yàn)中，效果顯著，能夠連續(xù)測定出銅、鉛、鎘等元素[5]。

（3）離子選擇性電極法：

此方式依照分子態(tài)以及離子物質(zhì)優(yōu)選響應(yīng)電極，其電位是由溶液中一定的離子活度轉(zhuǎn)化而成，借助此關(guān)系檢測土壤溶液中所含有的重金屬成分，在檢測采礦區(qū)土壤重金屬元素含量研究過程中依照銅離子選擇性電極開展檢測，PVC Fe離子選擇性電極可以檢測出礦區(qū)土壤重金屬中的全鐵，在與之前離子光譜等早期的檢測方式對比，效果顯著，可大量應(yīng)用于礦區(qū)土壤重金屬污染方式檢測之中[6]。

2.1.2 光學(xué)檢測法

光學(xué)檢測方式在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛，檢測方法也各有不同，具體檢測方式的詳情如下：

（1）原子熒光光譜法：

（2）X射線熒光光譜法：

此方式借助X射線熒光照射土壤重金屬污染元素，之后形成次級X射線，隨之產(chǎn)生強(qiáng)大能量轟擊重金屬元素內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)的電子之后形成X射線，此檢測優(yōu)勢在于精準(zhǔn)度高、快速高效、成本較低，并且能夠同時(shí)檢測多種重金屬元素，在許多領(lǐng)域應(yīng)用極為普遍，能夠最大限度滿足當(dāng)下礦區(qū)土壤重金屬元素檢測的基本要求。

（3）原子吸收光譜法：

此方式也是礦區(qū)土壤重金屬檢測適用性較強(qiáng)的檢測方式，其優(yōu)勢特征在于靈敏度較強(qiáng)，借助發(fā)射光譜、吸收光譜等多樣化的方式可檢測土壤重金屬工作。在檢測土壤重金屬的過程中，可根據(jù)原子譜線在檢測重金屬元素過程中的蒸汽吸收比例，分析此元素在土壤中的大體含量，此方式被稱作吸收光譜法，其屬于原子光譜法中方式的一種。借助多種元素的電子排布模式及內(nèi)部的原子結(jié)構(gòu)不同，促使土壤中各類元素能夠激發(fā)不同狀態(tài)的能量，進(jìn)而在吸收能量的光譜線上也會(huì)呈現(xiàn)各種各樣的形態(tài)，此方式最早是通過澳大利亞一名科學(xué)家研究表明的，自1955年發(fā)布以來在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的普及和應(yīng)用，同時(shí)，也為許多領(lǐng)域的研究學(xué)者帶來一定的學(xué)術(shù)參考[7]。

顯然，因?yàn)楣庾V針對性較強(qiáng)，所以在監(jiān)測各種元素的過程中，需要以各種光線和元素光譜保持對應(yīng)，以此來確保土壤中重金屬檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度，并且，光譜的性能較為單一，當(dāng)檢測土壤中眾多重金屬元素時(shí)，在檢測的結(jié)果上可能會(huì)存在或多或少的誤差，以此影響土壤重金屬元素檢測的準(zhǔn)確性及后續(xù)采取針對性措施的開展。但是發(fā)射光譜法可以最大限度彌補(bǔ)光譜法線性范圍較窄的缺陷，借助“價(jià)電子”由高能的激發(fā)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶓B(tài)，之后通過輻射的呈現(xiàn)方式進(jìn)行釋放，能夠直觀的分析各個(gè)重金屬元素的組成部分，從而針對性地采取對應(yīng)措施進(jìn)行處理和應(yīng)對土壤中重金屬環(huán)境污染問題。

（4）電感耦合等離子體發(fā)射光譜法：

此方式是依照早期原子光譜法的理論方式，進(jìn)行多頻次的電感耦合爆發(fā)等離子體放電的光源之后激發(fā)土壤重金屬元素，根據(jù)光輻射進(jìn)行分光色散，從而形成特定的光譜。特定的重金屬元素其內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)僅僅能夠產(chǎn)生限制性的波長譜線，之后則能推斷出土壤中重金屬元素的含量及比例，此種檢測方式速率較高、元素選擇性較好，可以多種檢測物質(zhì)共同檢測[8]。在一些工廠礦區(qū)土壤重金屬污染元素檢測應(yīng)用過程中，取得較好的檢測效果。

2.1.3 生物學(xué)檢測方法

（1）酶分析檢測方法：

此方式結(jié)合土壤中重金屬離子的污染毒性和酶類成分有效融合，之后產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化，使得酶活性降低，依照重金屬濃度以及煤內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化之間的定量聯(lián)系分析重金屬的占比及含量。通常將尼龍網(wǎng)和尿酶共價(jià)偶聯(lián)，之后對pH復(fù)合電極實(shí)行綜合性覆蓋，形成雞丁抑制尿酶的電位型生物傳感器能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行多種土壤重金屬污染元素的離子檢測。經(jīng)研究顯示，傳感器的性能穩(wěn)定、精密值極高，是當(dāng)前檢測重金屬離子的有效方式。

（2）免疫分析檢測方法：

通常，土壤重金屬很難直接進(jìn)行免疫反應(yīng)，所以在采用免疫分析檢測之前，可將合適的重金屬離子和金屬絡(luò)合物進(jìn)行優(yōu)化組合，促使產(chǎn)生原性反應(yīng)，之后將此復(fù)合物質(zhì)與載體蛋白進(jìn)行有效連接，之后產(chǎn)生免疫原性，從檢測結(jié)果能夠分析出土壤中的重金屬成分及含量，此方式目前還處在初步的研究和應(yīng)用階段。

（3）生物傳感器檢測方法：

此種檢測方式是借助一定的固化生物材料當(dāng)做識別重金屬元素的原件，之后采用理化換能器與之相互作用，之后將濃度逐步轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栭_展實(shí)時(shí)監(jiān)控的檢測方式。此方式的傳感器優(yōu)勢較為顯著，檢測效率極高、便攜性較強(qiáng)等，能夠?yàn)橹亟饘僭貎?nèi)部結(jié)構(gòu)持續(xù)檢測提供強(qiáng)有力的保障。生物傳感器的檢測方式在礦區(qū)土壤重金屬污染元素檢測的應(yīng)用過程中優(yōu)勢凸顯。

2.2 新型的重金屬元素檢測方法

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國在礦區(qū)土壤重金屬污染檢測方法中的體系架構(gòu)也在逐步完善，相關(guān)的檢測技術(shù)人員的專業(yè)技能水平也在大幅度提升，其檢測效果及優(yōu)勢更為凸顯。因此，許多新型的重金屬元素檢測方法得以廣泛的應(yīng)用和推廣。

礦區(qū)土壤重金屬污染檢測過程中，可借助多種新型的檢測方法進(jìn)行全方位、系統(tǒng)化的監(jiān)督和整合，最大限度確保重金屬元素的成分、含量能夠精準(zhǔn)檢測，具體檢測方法如下：

2.2.1 生物量間接測定檢測方法

此方式通過特定的生物基因在表達(dá)期間憑借發(fā)光特性，采用遙感技術(shù)進(jìn)行光譜強(qiáng)度接收，依照光譜的特性分析統(tǒng)計(jì)礦區(qū)土壤重金屬中的占比及成分含量。目前已有眾多學(xué)者根據(jù)發(fā)光細(xì)菌檢測方法分析統(tǒng)計(jì)土壤重金屬污染元素的檢測方法，然而當(dāng)前依然在發(fā)展時(shí)期，但是很大程度上為后期的礦區(qū)土壤重金屬污染元素檢測以及采取針對性的處理措施提供新的思路和依據(jù)。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)在日益進(jìn)步和完善，許多新型的檢測方法應(yīng)運(yùn)而生，應(yīng)用前景也非常廣闊，應(yīng)用效果會(huì)越來越好。

2.2.2 環(huán)境磁學(xué)檢測方法

此檢測方法的原理在于結(jié)合物質(zhì)根據(jù)外部磁場效應(yīng)的電流特征定量分析土壤中的重金屬元素成分及含量，在土壤重金屬檢測期間應(yīng)用此方法，其優(yōu)勢在于經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)、損壞性較低、高效便捷、成本低廉等，此檢測方式的優(yōu)勢特征備受國內(nèi)外眾多學(xué)者的高度重視，分別投入大量的精力研究和探索，經(jīng)結(jié)果顯示，此站位表層沉積物磁學(xué)性質(zhì)的空間分布和以往學(xué)者研究的區(qū)域表情沉積物中的檢測重金屬含量的占比及分布情況完全相符，所以，此檢測方法的使用效果極強(qiáng)。

2.2.3 高光譜分析檢測方法

此種檢測方法通常借助遙感技術(shù)感知高光譜的信息數(shù)據(jù)，由此進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析礦區(qū)土壤重金屬污染元素的占比及成分，轉(zhuǎn)變了往期采樣、消毒、溶液等繁瑣且易污染的準(zhǔn)備流程，可以對土壤重金屬元素實(shí)現(xiàn)非接觸性的高效檢測。在此期間有眾多學(xué)者針對研究前以研究后的光譜參數(shù)進(jìn)行對比和校驗(yàn)，實(shí)踐結(jié)果表明高光譜通過遙感數(shù)據(jù)檢測土壤中重金屬含量的成分及占比方式可行性極高，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果與之前學(xué)者研究檢測的數(shù)據(jù)完全一致，可見，此方式礦區(qū)土壤重金屬污染元素檢測的應(yīng)用過程中效果顯著。

綜上所述，對比以往和當(dāng)下新型的土壤重金屬污染元素檢測方法，各具優(yōu)缺點(diǎn)，前期檢測方法依然取得一定的應(yīng)用效果，前期的傳統(tǒng)檢測方法可能在前期準(zhǔn)備流程中存在易污染的可能性，并且處理程序復(fù)雜多樣，一定程度上容易引發(fā)環(huán)境污染和各種安全事故；而新型的土壤重金屬污染元素檢測方法不可避免也有自身的不足之處，監(jiān)測范圍具有一定的局限性，除此之外，優(yōu)勢顯著，能夠?qū)崟r(shí)檢測土壤重金屬污染元素的成分及占比含量，其發(fā)展前景及應(yīng)用空間十分廣闊，具有極強(qiáng)的可行性。

3 結(jié)語

總的來說，隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，隨之引發(fā)的土壤重金屬環(huán)境污染問題十分嚴(yán)重，相關(guān)部門需給予高度重視，需要結(jié)合礦區(qū)的實(shí)際情況采用科學(xué)的檢測方法對土壤重金屬污染的含量及成分占比進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，之后采取針對性的措施給予解決，最大限度確保水土環(huán)境的生態(tài)平衡。文章經(jīng)過分析土壤重金屬元素的常規(guī)檢測方法以及新型的檢測方法，可見重金屬污染元素的檢測方法在逐漸的創(chuàng)新和優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)多種土壤重金屬元素的同時(shí)檢測，其效果及精準(zhǔn)度較好，以此來提升礦區(qū)土壤重金屬污染檢測的質(zhì)量和效率，為我國治理水土污染提供強(qiáng)有力的科學(xué)依據(jù)和保障。