土壤重金屬污染現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)測(cè)

農(nóng)田土壤重金屬污染

    主要由鉛、鎘、鉻、汞以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬造成的污染。重金屬難降解、易積累、毒性大，對(duì)作物的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)都有影響,尤其是它還能被作物吸收進(jìn)入食物鏈，成為危害人體健康的潛在威脅。目前用于土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)方法主要分為實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)和現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)測(cè)兩類，這兩類監(jiān)測(cè)分析方法都有著自身的*優(yōu)勢(shì)及面臨一些亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)。

現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)測(cè)方法

    對(duì)于實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)方法，如要開展區(qū)域土壤質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查評(píng)估、重金屬污染土壤修復(fù)試驗(yàn)分析，則需進(jìn)行大面積土壤采樣。由于分析每個(gè)樣品所需的實(shí)驗(yàn)室成本很高，且一次分析元素項(xiàng)目有 限，對(duì)于大批量樣品的收集和分析任務(wù)，不僅要花費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，而且所需的分析時(shí)間較長。另外，對(duì)于樣品的采集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及測(cè)定都有嚴(yán)格的要求，在任何一個(gè)環(huán)節(jié)上出現(xiàn)差錯(cuò)都會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的偏離，且易形成樣品的二次污染，不能快速、原位分析出污染土壤中重金屬污染物的含量，這大大限制了實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用。目前支持現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤重金屬的技術(shù)主要有激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)、土壤磁化率檢測(cè)技術(shù)等。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)監(jiān)測(cè)原理

    激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)是項(xiàng)新興的原子發(fā)射光譜分析方法。LIBS的分析系統(tǒng)通常由激光器、會(huì)聚透鏡系統(tǒng)、光學(xué)采集系統(tǒng)、光譜儀、計(jì)算機(jī)等組成，激光器提供激發(fā)光源；會(huì)聚透鏡系統(tǒng)把激光束會(huì)聚在樣品表面形成高能量的光斑，產(chǎn)生瞬間高溫將聚焦處樣品激發(fā)到等離子態(tài)，從而產(chǎn)生原子發(fā)射光譜；光學(xué)采集系統(tǒng)采集等離子體的發(fā)射譜線；然后通過光纖把光學(xué)信號(hào)傳導(dǎo)到光譜儀進(jìn)行時(shí)間分辨或空間分辨；后根據(jù)測(cè)量等離子體發(fā)射光譜的波長和強(qiáng)度，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行待測(cè)樣品的元素組成與其含量。

LIBS在土壤重金屬污染快速監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

    由于LIBS能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、快速和現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)分析，與傳統(tǒng)的光譜測(cè)量技術(shù)對(duì)比， LIBS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：可同時(shí)進(jìn)行多種元素分析；可在非破壞或非接觸的條件下，真正做到現(xiàn)場(chǎng)快速分析，無須進(jìn)行樣品預(yù)處理，分析方便，研究對(duì)象再污染幾率很小； 以實(shí)現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測(cè)，能實(shí)現(xiàn)真正的快速分析。但相對(duì)成熟的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量方法，LIBS還是一種新興的半定量化的測(cè)量手段，還有許多方面沒有*。要使它發(fā)展成一項(xiàng)成熟的具有高靈敏度、低檢測(cè)限的定量分析技術(shù)，還有大量的工作要做。這是由于該項(xiàng)分析技術(shù)依賴于許多因素，如激光的功率密度、環(huán)境氣體的種類和壓力、待分析樣品的物理和化學(xué)性質(zhì)以及樣品表面幾何和機(jī)械特性、樣品的基質(zhì)效應(yīng)、分析線的選擇、背景信號(hào)的抑制、信噪比的提高等。這些因素對(duì)LIBS的影響以及實(shí)驗(yàn)測(cè)定條件的確定都有待于進(jìn)一步研究。

磁化率技術(shù)監(jiān)測(cè)原理

    在土壤磁學(xué)研究中，以磁化率為常用，它的測(cè)定方法較簡(jiǎn)便，而且可在野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。土壤磁化率是土壤在外磁場(chǎng)中受感應(yīng)產(chǎn)生的磁化強(qiáng)度與外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的比值。土壤磁化率不僅與母巖性質(zhì)、水分狀況、有機(jī)質(zhì)、顆粒組成有關(guān)，而且與人類活動(dòng)有密切關(guān)系，特別是土壤中的重金屬污染往往引起土壤磁性增強(qiáng)，對(duì)表土的磁測(cè)在一定程度上可以反映土壤中重金屬的污染狀況，因而通過對(duì)土壤磁化率與地球化學(xué)元素含量之間的相關(guān)性研究來表征土壤重金屬污染的概況已成為近些年土壤重金屬污染研究新的發(fā)展趨勢(shì)之一。

磁化率在土壤重金屬污染快速監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

    磁化率測(cè)量技術(shù)，作為一種快速、靈敏、無破壞性、經(jīng)濟(jì)而有效的物理檢測(cè)技術(shù)，尤其是它在野外就可快速測(cè)量的特性，使其在土壤區(qū)域污染調(diào)查方面得到了廣泛的應(yīng)用。具體到土壤重金屬污染，利用土壤磁化率來表征城市中心和工業(yè)周圍地區(qū)土壤重金屬污染方面開展了深入的研究。