一般情况下,比重 > 5 的金属称为重金属,土壤污染中的重金属主要指汞 、镉 、铅 、铬等金属以及砷等具有显著生物毒性的类金属,同时也指铜、钴、锌、镍 、锡等具有一定毒性的重金属。

研究 、污染控制 、环境预警等方面起到积极指导作用 。

目前,国内用于土壤重金属检测的标准方法主要是通过强酸消解处理后,采用光谱法进行重金属测量。实验室检测方法准确度较高 ,但其检测周期长,检测过程中容易产生二次污染以及不能进行快速即时检测,在实际应用中不能同时获得多种重金属的含量 ,使得以自动化 、智能化 、综合化和精确化的快速检测土壤重金属技术成为必然趋势。

近年来,世界各国加大了对土壤重金属检测方面的投入,运用光谱学分析技术、电化学检测技术以及生物学分析等先进技术和最新研究成果对土壤重金属污染问题进行研究,以期寻求一种检测方法能够快速、简便、准确的检测土壤重金属。

本文介绍了近些年来应用较为广泛的检测方法及其研究现状,同时介绍了一些新型检测技术的研究进展,通过分析目前相关检测技术的研究现状及实际应用中的问题,展望了今后的发展趋势,以期为土壤重金属检测技术的研究提供一定的参考。

1重金属检测常规方法

1.1光学检测方法

随着光学和电子技术的不断发展,使得基于光与物质间相互作用建立起来的分析检测土壤重金属的方法得到广泛关注。光学检测法是依据光的吸收 、发射 、散射等作用建立起来的分析方法 ,通过运用光学仪器检测相关光谱波长及强度进行定性定量分析,从而检测出重金属的含量。

光学检测法主要包括原子吸收、发射光谱法( AAS、AES) 、原子荧光光谱法( AFS) 、电感耦合等离子体发射光谱法( ICP-AES) 、激光诱导击穿光谱法( LIBS) 、X 射线荧光光谱法( XRF) 及分光光度法( SP) 等。

运用光学仪器对土壤重金属进行检测的研究在国内外已开展多年,并取得了长足的进步,成果相当显著。

Kashem采用原子吸收光谱法来测 定土壤重金属含量,其精度达到了 mmol/L,较紫外分光光度法前者测量范围更广; Little 等在研究重金属在空间内分布特征时,采用原子发射光谱法对土壤重金属含量进行了测定,其精度达到了 μg/L,且实现了同时测定多种重金属元素; 范宝磊等运用微波消解-火焰原子吸收及原子荧光光谱法对茶园土壤中的多种微量元素进行了测定,其检测限达0.01 mmol/L;刘江斌等采用X射线荧光光谱法对土壤样品中多达 36 种组分同时进行了测定,其检出限达 0. 01 mmol/L; 王娜采用的微波消解法前处理与电感耦合等离子体质谱法( ICP-MS)联用,使得对砷元素的检测具有较低检测限; Yasuhiro 等采用粉末压片 X 射线荧光光谱法对土壤中铬、砷、汞、镉和铅等元素进行了测定,得到了较好结果;WiafeAkenten 等对加纳库马西( Kumasi) 速宾河( Subin river) 沿岸土壤的重金属污染情况进行研究 时使用了 X 射线荧光光谱仪,取得了较好结果; Fe- ret 等在测定矾土中的石英成分的实验中,采用 了 X 射线衍射和 X 射线荧光光谱联用的技术; 桂义军研究了示波极谱法同时测定铅精矿中的锌镉 和铜,通过相关实验证明该法有效,适用于铅精矿中镉锌和铜的快速检测,Capitelli等在分析土壤中重金属元素的实验中采用了激光诱导击穿光谱法,并将其相对标准偏差与电感耦合-等离子体发射光谱法测得结果的相 对标准偏差进行了比较 ,C r 、C u 、Fe、Pb 和 Zn 等元素的平均值误差均不超过 6% 。

目前,相当一部分光学检测仪器已经成功商品化,并在实际生产生活中得到应用,如美国艾捷克公司生产的艾克 i-cheQ 便携式 XRF环保 ROHS 分析仪,英国Trace2o 公司生产的 Metalyser HM4000 土壤重金属测试仪,及我国苏州浪声科学仪器有限公司生产的 Beethor X3G 700 手持式环境分析仪等。

1.2电化学检测方法

电化学相关方法主要包括离子选择性电极 法、极谱法、电位溶出分析法及伏安法等。

基于电化学基本原理和实验技术,根据物质相关电化学性质来测定物质组分和含量的分析方法,通过特定传感器及相关电极对溶液中电流、电位等相关物理量的直接测定,经研究分析后确定参与相关电化学反应物质的量。依据过程测定的电参数的不同,可分别命名 ,如电位分析法、电导分析法及伏安分析法等。

比较常用的电化学分析法主要有以下几种：

离子选择性电极法

离子选择电极具有将溶液中某种特定离子的活度转化成一定电位的能 力,其电位与溶液中给定离子活度的对数呈线性关系,通过这种特定的关系可确定溶液中相关重金属的含量。

高云霞采用基于多元线性回归的离子选择法同时对溶液中的铅和镉的测定进行了相关研究; 李小梅通过离子选择性电极法测定了蔗糖溶液中 Cu2 + 的含量,并经测试发现选择电极与 Cu2 +浓度在1 ×10-6 ~1 ×10-4 mol/L 范围内呈线性响应; 王孝镕等采用离子选择性电极法对酸性镀锌 溶液中铜离子质量浓度进行了测定,取得了较好结果。

极谱分析法

以特定的滴汞电极为工作电极 ,通过测定电解反应过程中的电流、电压 ,并依据两者关系来进行定量分析的方法,目前应用较广泛的有极谱催化波、单扫描及脉冲极谱法等。陈永享等以含黄铁矿生产硫酸这一典型工业过程为背景研究了活动态铊的提取条件,并采用极谱测定方法对多个灰渣样品中活动态铊的含量进行了测定,得到了铊元素在整个生产过程中的形态分布特征;王宏志等利用锌、铁在某些特定的溶液中能够产 生不同灵敏导数波的性质,采用极谱法分别测量了血液中锌和铁的含量; 周杰郛等采用催化极谱法对地球化学勘查样品中钨和钼的含量进行了测定,钨和钼的检出限分别为0.30 μg/g和0.49 μg/g。

电位溶出分析法

在恒电位的条件下使被测物质预先经过电解并逐渐富集在工作电极上,然后使用一些化学试剂或附加电流使富集的待测物质发生氧化还原反应溶出,记录在此过程中电极电压E随时间t变化的曲线,通过E-t曲线来进行分析的方法。

应海佳等利用铋膜电极差分脉冲溶出伏安法测定了水样中镉的含量,特定条件下镉的检测下限可达0.1μg/L,且在1~120μg/L内呈现良好的线性关系; 李立英等用微分电位溶出法测定了多维元素片中锌、铜、铁含量; 章建军等建立了重金属检测的二次微分电位溶出法,应用该法测定了面粉中镉、锌的含量,其检出限分别为 0. 24 ng/mL,0.71ng/mL;杨敏等研究了镀铋膜电极微分电位 溶出法,并依据此法检测了水中铅的含量,其检出限达0.003 mg/L。

溶出伏安法

将待测物质预电解富集,待溶出后进行扫描测定的一种方法。该法操作简便、抗干扰能力强、灵敏度高,长期以来被认为是重金属检测方法中最为有效的一种,可同时实现对多个元素含量的测定,并且检测限可达 mol/L。于庆凯等采用微分脉冲阳极溶出伏安法对海水中的重金属进行检测,同时测定了海水中 Cu、Pb、Cd 和 Zn 四种痕量元素; 赵广英采用丝网印刷的碳支持电极,应用微分脉冲溶出伏安法及同位镀汞膜电极法的联用,对茶叶中痕量铅的快速测定进行了相关研究,取得了较好的检测效果,得到该法适用于茶叶重金属的快速检测的结论。

目前,相对来说技术更加成熟的电化学检测仪主要是极谱仪,它继承了光学检测范围广、精度高的优点,可以在很宽的范围内进行测定,且具有良好的选择性,可实现连续测量,特别是对于液体样品不需经过前期消化处理,可直接测定,铅、镉离子的测定,往往可以得到更好的结果。