土壤重金属快速监测技术分析及应用

谢志峰 赵金柱 李小娟 邵佳慧

（河北建材职业技术学院 河北秦皇岛 066000）

引言

重金属会对土壤造成严重的污染，危害程度比较大，为了更好地了解土壤中重金属物质的含量，需要对土壤中的重金属成分进行检测和分析。原多采用化学分析方法，例如，电化学法、原子吸收光谱、分光光度法等，需要检测部门购置成本较高的仪器设备，还需要做好前期的处理工作，检测流程比较复杂，重金属检测效率不高，应用的有机试剂还会对生态环境造成污染，很难满足对环境应急检测的需要，需要采用便捷、快速地土壤重金属检测设备及仪器，实现对土壤的快速检测。

1 土壤重金属快速监测方法

1.1 激光诱导击穿光谱法

该技术为光谱分析领域中新型的激光烧蚀光谱分析技术，应用物质等离子体发出光线来对物质成分进行探测分析的技术。激光经过聚透镜后会产生聚集现象，高峰值及功率密度会导致检则样品产生气化、电离，从而生成温度较高、能量较大的等离子体，从而放射出原子和离子光谱，光学系统收集光谱之后发送到光纤进行耦合，进入到光谱分析仪的入射狭缝当中，形成的数据被采集之后输送到计算机处理系统，对物质的光谱进行分析就可以获得检测物质的成分和浓度。该技术与传统技术有着较大的差别，可以在相同时刻对多种元素进行定性、定量地分析，多种状在态的物质均可以庆用，不再进行复杂的样品处理，被检测样品二次污染的概率较小，可以进行持续性监没，有着较高的分析效率，为一种非接触式无损检测。但该种检测办法成本较高，被检测样品具备的特性会对检测精度产生影响。

1.2 X射线荧光光谱法

该技术是应用被检测样品对X射线的吸收，根据成分及含量的改变进行定量、定性方面的分析，在很多元素分析检测技术当中，XRF检测分析技术应用的较早，可以对多种元素进行分析。采用X射线用于激发和照射待检测试样，从而使样品内的元素形成特征X射线，结合荧光波长及能量来检测元素浓度及类型。此种检测办法可以对样品直接进行分析检测，不会对样本进行污染和破坏，有着较快的检测速度和很高的稳定性，可以进行现场检测分析。最近一些年来，XRF检测技术取得了新的进展，比例，X射线微荧光分析、全反射X射线荧光分析等，新技术的应用使得检测灵敏度得到大幅提升，不需要提取大量的样品，进行定量分析比较简单，全反射X射线荧光分析技术可以更好地应用到重金属检测领域。

全反射X射线荧光分析是对能量色散射线荧光分析技术的改进，幅射背景较低，而峰背比很高，检出限可以达到以pg级。入射及反射角度都不高，不会形成较深地穿透，可以避免产基本效应。与XRF技术进行比较来看，XRF技术入射角约为45度X射线来对被检测样品进行激发，而全反射X射线荧光分析技术以0.1度的入射角来对样品进行激发，可以把样品放置到载体中，原级射线经过全反射处理作用到载体表面，从而形成全反射X射线荧光，利用放置到样品中的硅或锂探测器来完成检测，该技术的痕量分析可以取得较好的效果，有着很好地应用前景。

1.3 酶抑制法

利用该技术来对重金属成分进行检测，是应用重金属离子和酶活性中心内的甲巯基等进行结合，使得酶活性中心结构方式及具备的性质产生了改变，从而使酶活力降低，会导致底物-酶形成改变。可以使吸光度、显色剂颜色等出现变化，利用电、光等信号来进行定量、定性方面的检测和分析。很多酶已经被应用到重金属检测当中，主要有葡萄糖氧化酶、脲酶等，应用酶抑制法多采用水质内的重金属离子成分的检测和分析，利用该技术对土壤重金属进行检测，需要对土壤样品进行前期地处理。此技术十分方便，具有较高的技术经济性，在现场检测中应用较广，但不具备较高的精度和灵敏度。把不同类型的酶作为识别元件，再配合转换元件和浓度传感器，可以解决单一酶分析法的缺点。

1.4 免疫分析法

该检测方法有着较高的灵敏度和特异性，按照抗原及抗体反应原理，通过已知的抗原检测来对抗体进行检测。普遍采用的免疫学检测技术有酶联免疫吸附技术、免疫荧光技术等，此技术具备的灵敏度要高于原子吸收光谱法。利用该技术对土壤重金属进行检测，需要做好下面几项工作：（1）选取合理化合物来实现与重金属离子的结合，可以得到相应的空间结构，从而得到反应原性。（2）把重金属离子形成的化合物，与载体蛋白进行连接，从而形成免疫原性。确定最为合理的化合物决定着是否形成特异性抗体。优先选择特异性良好的单克隆抗体、螯合剂是将来的发展趋势。该种检测技术的选择性较高，可以实现较高的灵敏度，检则效率较高，在土壤重金属检测方式有着较好的应用前景。

1.5 生物传感器分析法

该技术利用特异性蛋白、酶等作用于电极、生物膜中，可以对重金属物质进行迅速地检测。应用生物识别特点，实现与被检测物质的结合，形成的变化情况信号经过转换器处理后，可以被采集系统获取到光、电信号，通过信号来对被测检物质含量进行分析。重金属检测领域当中已经开发出细胞传感器、免疫传感器、酶生物传感器等。免疫传感器有效地扩展了重金属离子检则的应用范围，功能DNA传感器为土壤重金属快速检测提供了新型技术。传感器具有较高的稳定性和灵敏度，可以进行快速检测分析，还有着较高的选择性，但在同时检测多种重金属成分存在着较大的困难。但实际上，土壤样品中具有多种重金属物质，应用不同酶来对重金属离子进行识别，是将来的生物传感器发展方向。

2 土壤重金属快速监测仪器

2.1 激光诱导击穿光谱仪

采用激光诱导击穿光谱技术，可以在实验室条件下和现场来对土壤重属进行快捷地检测。随着科技进步，一些稳定性高的激光器、分辨率光谱分析仪和应用软件被研发出来，LIBS也得到了较快的进步，可以用到实验室及现场分析，不再对被检测样品进行处理即可进行检测，内部安装有双摄像头，采取微秒级的时序分析控制办法，可以进行微米级的深度分析和检测，该检测仪器的可靠性高，可以满足土壤重金属快速检则的需要，形成的激光源不会对人眼造成伤害，在数秒钟时间内完成检测和分析。

2.2 X射线荧光光谱仪

该技术需要对待检测样品进行单易处理，检测步骤较少，可实现无损检测，在土壤重金属筛查方面广泛应用。NITONXL3t 600X射线荧光光谱分析仪，可以达到更高的精度，对土壤样品检测只需要120-200秒。X-MET 5000分析仪，可以对轻元素的干扰进行处理，对土壤重金属进行快速地分析。全反X射线荧光光谱仪，有着更好的灵敏度，结构小巧紧凑，方便检测人员携带。

2.3 生物类检测仪

该检测仪器应用生物特异性进行研发，已经研发出满足水体监测的微生物传感器，利用重金属离子对生物体新陈代谢的抑制作用来检测。

抑制作用的酶生物传感器用于检测土壤样品中的抑制剂得到了人们的广泛关注，可以对汞、铜和镉等进行检测，但生物类检测仪器的工业化应用还没有实现，还停留在原机试制阶段。

结语

随着对生态环保领域的不断重视，对大面积、持续性、高密度的土壤检测提出了更高的要求，在保证时效性的同时还应该避免附近土壤不会受到干扰，研发出高业、便携工的土壤重金属检测仪是将来的发展方向。