土壤重金屬檢測方法

摘要：土壤重金屬檢測是土壤的常規監測項目之一。采用合理的土壤重金屬檢測方法，能快速有效地對土壤重金屬檢測和污染評價，并滿足土壤的管理和決策需要。本文介紹了幾種常用的土壤重金屬檢測方法，原子熒光光譜法，原子吸收光譜法，電感耦合等離子體發射光譜，激光誘導擊穿光譜法和X射線熒光光譜，在介紹各個檢測方法特性的同時，就靈敏度，測試范圍，精確度，測試樣品的數量等優缺點進行了對比。 關鍵詞：土壤;重金屬;檢測方法

　　1. 前序

　　許多研究表明，種植物的質量安全與產地的土壤環境關系密切。重金屬一般先進入土壤并積累，種植物通過根系從土壤中吸收，富集重金屬，有時也通過葉片上的氣孔從空氣中吸收氣態或塵態的重金屬元素[1]。近幾年，種植地因農藥、肥料、生長素的大量施用及工業“三廢”的污染，土壤重金屬含量超標較嚴重且普遍，這不僅毒害土壤-植物系統，降低種植物品質，而且還會通過徑流和淋洗作用污染地表水，尤其重要的是通過食物鏈的方式進入人體內，對于重金屬的富集人體難以代謝，zui終直接或間接危害人體器官的健康[2]。為此，解決這一難題，建設綠色食品和無公害食品生產基地，要求我們從土壤中的重金屬檢測分析抓起。本文介紹了土壤重金屬的檢測方法、并且對比各種方法優缺點。

　　2.土壤中重金屬檢測方法

　　2.1 原子熒光光譜法

  原子熒光光譜法是以原子在輻射能量分析的發射光譜分析法。利用激發光源發出的特征發射光照射一定濃度的待測元素的原子蒸氣，使之產生原子熒光，在一定條件下，熒光強度與被測溶液中待測元素的濃度關系遵循Lambert-Beer定律[3]，通過測定熒光的強度即可求出待測樣品中該元素的含量。

　　原子熒光光譜法具有原子吸收和原子發射兩種分析方法的優勢[4]，并且克服了這2種方法在某些地方的不足。該法的優點是靈敏度高，目前已有20多種元素的檢出限優于原子吸收光譜法和原子發射光譜法;譜線簡單;在低濃度時校準曲線的線性范圍寬達3~5個數量級，特別是用激光做激發光源時更佳，但其存在熒光淬滅效應，散射光干擾等問題[5]。該方法主要用于金屬元素的測定，在環境科學、高純物質、礦物、水質監控、生物制品和醫學分析等方面有廣泛的應用[6]。突出在土壤中的應用如何，以下各方法均是這個問題，相比之下2.5寫的比較好

　　應用原子熒光光譜法測定土壤的重金屬快速準確，測定周期約為2小時，具有檢出限低、精密度好，干擾少和操作簡單方便，值得推廣應用。

　　2.2 原子吸收光譜法

  原子吸收光譜法又稱原子吸收分光光度分析法，是基于氣態的基態原子外層電子對紫外光和可見光范圍的相對應原子共振輻射線的吸收強度來定量被測元素含量為基礎的分析方法，是一種測量特定氣態原子對光輻射的吸收的方法[7]。其基本原理是從空心陰極燈或光源中發射出一束特定波長的入射光，通過原子化器中待測元素的原子蒸汽時，部分被吸收，透過的部分經分光系統和檢測系統即可測得該特征譜線被吸收的程度即吸光度，根據吸光度與該元素的原子濃度成線性關系，即可求出待測物的含量[8]。

　　原子吸收光譜法在農業方面，主要應用與土壤、肥料及植物中的中微量元素分析、水質分析、土壤重金屬環境污染分析、土壤背景值調查及農業環境評價分析等方面。該方法的優點是：選擇性強、靈敏度高、分析范圍廣、抗干擾能力強、精密度高[9]。其不足之處有多元素同時測定有困難，對非金屬及難熔元素的測定尚有困難，對復雜樣品分析干擾也較嚴重，石墨爐原子吸收分析的重現性較差[10]。

　　2.3 電感耦合等離子體發射光譜法

　　電感耦合等離子體發射光譜是根據被測元素的原子或離子，在光源中被激發而產生特征輻射，通過判斷這種特征輻射的存在及其強度的大小，對各元素進行定性和定量分析[11]。 電感耦合等離子體發射光譜法應用于環境水樣、土壤樣品中的微量元素進行分析，在元素分析測試中的應用技術具有簡便、快速、分析速度快;檢出限低，多數可達0.005μg/ml以下[12];測量動態線性范圍寬，一般可達5～6個數量級，可同時進行高含量元素和低含量元素的分析，可達到石墨爐原子吸收光譜儀的部分檢出水平;可多種元素同時分析，可定性、定量分析金屬元素，也可分析部分非金屬元素，提高了分析效率，基體效應小，低背景干擾、高信噪比、精密度高、準確性好等優點[13]。

　　2.4 激光誘導擊穿光譜法

　　激光誘導擊穿光譜技術是一種zui為常用的激光燒蝕光譜分析技術。其工作原理是：激光經過會聚透鏡會聚，高峰值功率密度使未知樣品表面物質氣化、電離，激發形成高溫、高能等離子體(溫度可達10 000K)，等離子體輻射出來的原子光譜和離子光譜被光學系統收集，通過輸入光纖耦合到光譜儀的入射狹縫中，光譜數據通過數據采集控制器傳輸到計算機，研究該光譜就可以分析計算出被測物質的成分與濃度[14]。原子光譜和離子光譜的波長與特定元素是一一對應的，而且光譜信號強度與對應元素的含量具有一定的定量關系。因此該技術可以實時、快速地現化學元素的定性和定量分析[15]。

　　激光誘導擊穿光譜可以真正做到現場快速分析，無須進行樣品預處理，分析方便，也不受研究對象的限制[16]。但是，其測量儀器成本較高，激光脈沖能量的起伏性，樣品的不均勻性，樣品的特性會直接影響測量的穩定性，也就是說研究樣品的特性對結果的精確性影響較大[17]。

　　在激光誘導擊穿光譜土壤重金屬污染物檢測的研究中，在光源設計上采用光學反饋減少脈沖間能量波動，在數據處理上采用一系列激光能量起伏歸一化校正技術，達到克服由于激光器能量起伏造成的影響;通過選擇zui佳的采樣延遲時間，以保證所采集到信號譜的信噪比zui大;選擇合適的激光脈沖的峰值功率閾值，達到克服譜線飽和現象和避免自吸收效應的發生以獲得多元素的同時分析;通過研究激光聚焦焦點與樣品表面之間的距離與測得信號譜線的信噪比的關系，達到提高系統的信噪比。通過以上措施克服上述不利影響，實現了利用LIBS 技術對土壤中Cd， Hg，As，Cr，Cu，Zn，Ni，Pb 等成分的同時測量。

　　2.5 X射線熒光光譜法

　　X射線熒光光譜技術是一種利用樣品對X射線的吸收隨樣品中的成分及其多少變化而變化來定性或定量測定樣品中成分的方法[18]。

　　X射線熒光光譜儀在結構上基本由激發樣品的光源、色散、探測、譜儀控制和數據處理等幾部分組成。該X射線熒光光譜法和電感耦合等離子體質譜法、發射光譜法在元素分析結果之間的差異，結果顯示它們的差異不顯著。從檢出限、準確度、精密度和回收率方面均能滿足實驗要求[19]。

　　土壤重金屬X射線熒光光譜非標樣測試方法具有前處理簡單，無需標準樣品，對樣品無污染、無破壞性，檢測速度快、穩定性高、再現性好等優點[20]。此方法是對土壤重金屬檢測和污染評價快速有效的方法。完全能夠滿足土壤環境受到污染時急需的快速定性、定量排查土壤中有毒有害重金屬元素的要求。

　　3.總結

　　土壤重金屬檢測是一項長期的工作，要求各種檢測手段向更高靈敏度、更高選擇性、更方便快捷的方向發展，不斷推出新的方法來解決遇到的新的分析問題。上述5種重金屬的檢測方法的優缺點如表Ⅰ。隨著各種分析方法的建立和科學技術的不斷進步，分析儀器逐漸由簡單化向復雜化的方向發展，可以預見，各種分析儀器會向多功能、自動化、智能化以及小型化的方向發展，并且檢測精度、靈敏度得到一定的提高，使得土壤環境檢測變得更加簡單準確。