农田土壤和灌溉水中重金属检测关键技术研究

时间：2024-08-31

贾鹏

山东省淄博生态环境监测中心山东淄博255000

前言

传统的重金属监测技术虽然具备重复性良好、准确度高和选择性好等许多优势,但这对操作人员的专业水平有很严格的要求,而且检测设备体积过大、造价也十分昂贵,尤其是检测周期很长,无法在农田环境下实现广泛普及和应用。正是在这种形势下,促使了电化学法的诞生,凭借着方便携带、检测周期短、价格实惠、选择性好和灵敏度高等优点,最重要的是还能和不同传感器联用以检测出多种重金属,即便是在农田环境下,也能随时开展检测,所以该技术一经推出,就受到了广大农业人员的追捧和广泛应用。

1 重金属对于农村土壤的影响

农田土壤重金属污染物主要包括Cd、Pb、Cu、Hg.Cr、Zn、Ni及类金属As等,主要通过大气沉降、污水灌溉、固体废弃物以及使用农用物资的方式进入农田。例如:汽车和摩托车中的尾气含有的重金属以气溶胶的形式进入大气,并经过自然沉降和降水进入土壤;工业废水中的未处理掉的重金属经地下水进入土壤;工业固体废弃物中的重金属以及农用物资中的未被利用的重金属则经日晒雨淋向四周的土塘扩散;未经处理的重金属污染物通过干湿沉降进入土壤,对土壤造成污染等。

2 农田土壤灌溉水重金属污染监测技术

2.1 光谱技术在目前新研发出来的农田土壤灌溉水重金属污染监测技术中,光谱技术是最具代表性的一种,该方法的优势在于灵敏性极高,但也伴随着大量检测成本的消耗,检测操作过于复杂、对检测设备要求较高、检测周期很长等,这些需要经费来加以支撑才能顺利进行。不仅如此,要使用这种技术就得涉及到X 射线荧光光谱法的应用,X 射线荧光光谱法是利用样品对X射线的吸收随着样品中的成分及其多少变化而变化来定性货定量测定样品中成分的一种方法。它具有分析迅速、样品前处理简单、可分析元素范围广、试样形态多样性、光谱干扰少、谱线简单以及测定时的非破坏性等特点。

2.2 电化学分析技术这是一种利用电化学传感器对土壤中重金属含量进行检测的技术,与上述的光谱技术存在很大的区别。其最大亮点就是全程可实现自动化检测,所以在现场快速检测土壤重金属含量方面很受欢迎。值得一提的是,大分子颗粒有机物、表面活性剂等土壤污染物都会使其最终的检测结果大大降低,这在普通浆料检测过程中表现得最为突出。因此,要求今后相关科研人员要将工作重心转移到研发电化学传感器上来,最好是能在现有的抗干扰能力、灵敏度等方面往上提升一个档次。在化学成份分析中,电化学分析方法是公认的准确、快速、灵敏的微量和痕量分析方法,其测定的浓度能低至10-12 mol/L(金属离子),并且仪器简单,但是存在一定的离子干扰。

2.3 生物传感器技术这种技术主要是应用综合金属离子和固定在电极材料中的特异性蛋白,使蛋白结构发生改变,再通过灵敏的电容信号传感器来检测出土壤样品中的重金属含量,这样当土壤重金属含量发生变化时,相关工作人员也能精准检测并实时掌握。目前,这项技术已经能够准确检测出水溶液中毒性化合物的具体含量。只是在实际应用过程中,还有许多方面亟待进一步完善与优化,比如生物活性需要在指定环境下才能维持在正常范围。所以,该项技术还需要更加深入的研究和开发,才有望能实现广泛普及和应用。

2.4 酶抑制技术酶抑制法的运作机理为通过毒性重金属离子和生物酶相结合,从而使酶的活性变低,使底物酶的化学性质发生变化,进而导致显色剂的颜色、电导率、PH 值以及特定波长的光线吸光度产生变化,最后通过这些变化得出重金属的种类以及浓度。酶抑制法能够用来对水环境里的重金属实施检测,它的优点主要为检测快、操作简单、便于检测等。这是一种利用重金属离子和酶活性因子间发生的甲硫基反应,使酶活性因子的性质及结构发生变化,在抑制酶活力的同时,选择相应仪器来检测土壤样品中重金属含量的方法。在实际应用过程中,吸光度、电导率等变化情况都可以通过显色剂颜色的变化而展现出来,有利于工作人员的实时观察,包括土壤重金属含量与酶系统之间存在的数字关系,也可以通过放大光电信号的方式进行显示。酶抑制法具有方便、快速、经济等优点,可用于现场快速检测,但是它的灵敏度和准确性低于传统检测技术。

2.5 免疫分析技术免疫分析法,由于其本身具有一定的特别性和灵敏性,所以在实际应用过程中,要对以下两个方面引起高度重视:一方面是对络合物进行合理使用,确保能够有效综合重金属离子,同时要为其留下充足的空间结构,这样后续的氧化还原反应才能顺利完成。另一方面是保证载体蛋白能接收综合金属离子化合物,产生足够的免疫原。除以上两点之外,选择相应具有特异性抗体对金属离子化合物进行综合,提高免疫分析技术的准确性也是十分重要的一项内容。