土壤重金属污染现场快速监测

农田土壤重金属污染

    主要由铅、镉、铬、汞以及类金属砷等生物毒性显著的重金属造成的污染。重金属难降解、易积累、毒性大，对作物的生长、产量和品质都有影响,尤其是它还能被作物吸收进入食物链，成为危害人体健康的潜在威胁。目前用于土壤重金属污染监测方法主要分为实验室监测和现场快速监测两类，这两类监测分析方法都有着自身的独特优势及面临一些亟待解决的关键技术。

现场快速监测方法

    对于实验室监测方法，如要开展区域土壤质量现状调查评估、重金属污染土壤修复试验分析，则需进行大面积土壤采样。由于分析每个样品所需的实验室成本很高，且一次分析元素项目有 限，对于大批量样品的收集和分析任务，不仅要花费大量的人力、物力和财力，而且所需的分析时间较长。另外，对于样品的采集、储存、运输及测定都有严格的要求，在任何一个环节上出现差错都会造成测量结果的偏离，且易形成样品的二次污染，不能快速、原位分析出污染土壤中重金属污染物的含量，这大大限制了实验室监测技术的应用。目前支持现场连续监测土壤重金属的技术主要有激光诱导击穿光谱技术、土壤磁化率检测技术等。

激光诱导击穿光谱技术监测原理

    激光诱导击穿光谱技术是项新兴的原子发射光谱分析方法。LIBS的分析系统通常由激光器、会聚透镜系统、光学采集系统、光谱仪、计算机等组成，激光器提供激发光源；会聚透镜系统把激光束会聚在样品表面形成高能量的光斑，产生瞬间高温将聚焦处样品激发到等离子态，从而产生原子发射光谱；光学采集系统采集等离子体的发射谱线；然后通过光纤把光学信号传导到光谱仪进行时间分辨或空间分辨；最后根据测量等离子体发射光谱的波长和强度，通过计算机进行待测样品的元素组成与其含量。

LIBS在土壤重金属污染快速监测中的应用

    由于LIBS能够实现实时、快速和现场探测分析，与传统的光谱测量技术对比， LIBS技术的优点是：可同时进行多种元素分析；可在非破坏或非接触的条件下，真正做到现场快速分析，无须进行样品预处理，分析方便，研究对象再污染几率很小； 以实现连续监测，能实现真正的快速分析。但相对成熟的实验室测量方法，LIBS还是一种新兴的半定量化的测量手段，还有许多方面没有完善。要使它发展成一项成熟的具有高灵敏度、低检测限的定量分析技术，还有大量的工作要做。这是由于该项分析技术依赖于许多因素，如激光的功率密度、环境气体的种类和压力、待分析样品的物理和化学性质以及样品表面几何和机械特性、样品的基质效应、分析线的选择、背景信号的抑制、信噪比的提高等。这些因素对LIBS的影响以及实验测定条件的确定都有待于进一步研究。

磁化率技术监测原理

    在土壤磁学研究中，以磁化率最为常用，它的测定方法较简便，而且可在野外现场测定。土壤磁化率是土壤在外磁场中受感应产生的磁化强度与外加磁场强度的比值。土壤磁化率不仅与母岩性质、水分状况、有机质、颗粒组成有关，而且与人类活动有密切关系，特别是土壤中的重金属污染往往引起土壤磁性增强，对表土的磁测在一定程度上可以反映土壤中重金属的污染状况，因而通过对土壤磁化率与地球化学元素含量之间的相关性研究来表征土壤重金属污染的概况已成为近些年土壤重金属污染研究新的发展趋势之一。

磁化率在土壤重金属污染快速监测中的应用

    磁化率测量技术，作为一种快速、灵敏、无破坏性、经济而有效的物理检测技术，尤其是它在野外就可快速测量的特性，使其在土壤区域污染调查方面得到了广泛的应用。具体到土壤重金属污染，利用土壤磁化率来表征城市中心和工业周围地区土壤重金属污染方面开展了深入的研究。