農(nóng)田土壤和灌溉水中重金屬檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究

賈 鵬

山東省淄博生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 山東 淄博255000

前言

傳統(tǒng)的重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)雖然具備重復(fù)性良好、準(zhǔn)確度高和選擇性好等許多優(yōu)勢(shì),但這對(duì)操作人員的專業(yè)水平有很嚴(yán)格的要求,而且檢測(cè)設(shè)備體積過大、造價(jià)也十分昂貴,尤其是檢測(cè)周期很長(zhǎng),無法在農(nóng)田環(huán)境下實(shí)現(xiàn)廣泛普及和應(yīng)用。正是在這種形勢(shì)下,促使了電化學(xué)法的誕生,憑借著方便攜帶、檢測(cè)周期短、價(jià)格實(shí)惠、選擇性好和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn),最重要的是還能和不同傳感器聯(lián)用以檢測(cè)出多種重金屬,即便是在農(nóng)田環(huán)境下,也能隨時(shí)開展檢測(cè),所以該技術(shù)一經(jīng)推出,就受到了廣大農(nóng)業(yè)人員的追捧和廣泛應(yīng)用。

1 重金屬對(duì)于農(nóng)村土壤的影響

農(nóng)田土壤重金屬污染物主要包括Cd、Pb、Cu、Hg.Cr、Zn、Ni及類金屬As等,主要通過大氣沉降、污水灌溉、固體廢棄物以及使用農(nóng)用物資的方式進(jìn)入農(nóng)田。例如:汽車和摩托車中的尾氣含有的重金屬以氣溶膠的形式進(jìn)入大氣,并經(jīng)過自然沉降和降水進(jìn)入土壤;工業(yè)廢水中的未處理掉的重金屬經(jīng)地下水進(jìn)入土壤;工業(yè)固體廢棄物中的重金屬以及農(nóng)用物資中的未被利用的重金屬則經(jīng)日曬雨淋向四周的土塘擴(kuò)散;未經(jīng)處理的重金屬污染物通過干濕沉降進(jìn)入土壤,對(duì)土壤造成污染等。

2 農(nóng)田土壤灌溉水重金屬污染監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 光譜技術(shù) 在目前新研發(fā)出來的農(nóng)田土壤灌溉水重金屬污染監(jiān)測(cè)技術(shù)中,光譜技術(shù)是最具代表性的一種,該方法的優(yōu)勢(shì)在于靈敏性極高,但也伴隨著大量檢測(cè)成本的消耗,檢測(cè)操作過于復(fù)雜、對(duì)檢測(cè)設(shè)備要求較高、檢測(cè)周期很長(zhǎng)等,這些需要經(jīng)費(fèi)來加以支撐才能順利進(jìn)行。不僅如此,要使用這種技術(shù)就得涉及到X 射線熒光光譜法的應(yīng)用,X 射線熒光光譜法是利用樣品對(duì)X射線的吸收隨著樣品中的成分及其多少變化而變化來定性貨定量測(cè)定樣品中成分的一種方法。它具有分析迅速、樣品前處理簡(jiǎn)單、可分析元素范圍廣、試樣形態(tài)多樣性、光譜干擾少、譜線簡(jiǎn)單以及測(cè)定時(shí)的非破壞性等特點(diǎn)。

2.2 電化學(xué)分析技術(shù) 這是一種利用電化學(xué)傳感器對(duì)土壤中重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)的技術(shù),與上述的光譜技術(shù)存在很大的區(qū)別。其最大亮點(diǎn)就是全程可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè),所以在現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)土壤重金屬含量方面很受歡迎。值得一提的是,大分子顆粒有機(jī)物、表面活性劑等土壤污染物都會(huì)使其最終的檢測(cè)結(jié)果大大降低,這在普通漿料檢測(cè)過程中表現(xiàn)得最為突出。因此,要求今后相關(guān)科研人員要將工作重心轉(zhuǎn)移到研發(fā)電化學(xué)傳感器上來,最好是能在現(xiàn)有的抗干擾能力、靈敏度等方面往上提升一個(gè)檔次。在化學(xué)成份分析中,電化學(xué)分析方法是公認(rèn)的準(zhǔn)確、快速、靈敏的微量和痕量分析方法,其測(cè)定的濃度能低至10-12 mol/L(金屬離子),并且儀器簡(jiǎn)單,但是存在一定的離子干擾。

2.3 生物傳感器技術(shù) 這種技術(shù)主要是應(yīng)用綜合金屬離子和固定在電極材料中的特異性蛋白,使蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,再通過靈敏的電容信號(hào)傳感器來檢測(cè)出土壤樣品中的重金屬含量,這樣當(dāng)土壤重金屬含量發(fā)生變化時(shí),相關(guān)工作人員也能精準(zhǔn)檢測(cè)并實(shí)時(shí)掌握。目前,這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出水溶液中毒性化合物的具體含量。只是在實(shí)際應(yīng)用過程中,還有許多方面亟待進(jìn)一步完善與優(yōu)化,比如生物活性需要在指定環(huán)境下才能維持在正常范圍。所以,該項(xiàng)技術(shù)還需要更加深入的研究和開發(fā),才有望能實(shí)現(xiàn)廣泛普及和應(yīng)用。

2.4 酶抑制技術(shù) 酶抑制法的運(yùn)作機(jī)理為通過毒性重金屬離子和生物酶相結(jié)合,從而使酶的活性變低,使底物酶的化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化,進(jìn)而導(dǎo)致顯色劑的顏色、電導(dǎo)率、PH 值以及特定波長(zhǎng)的光線吸光度產(chǎn)生變化,最后通過這些變化得出重金屬的種類以及濃度。酶抑制法能夠用來對(duì)水環(huán)境里的重金屬實(shí)施檢測(cè),它的優(yōu)點(diǎn)主要為檢測(cè)快、操作簡(jiǎn)單、便于檢測(cè)等。這是一種利用重金屬離子和酶活性因子間發(fā)生的甲硫基反應(yīng),使酶活性因子的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,在抑制酶活力的同時(shí),選擇相應(yīng)儀器來檢測(cè)土壤樣品中重金屬含量的方法。在實(shí)際應(yīng)用過程中,吸光度、電導(dǎo)率等變化情況都可以通過顯色劑顏色的變化而展現(xiàn)出來,有利于工作人員的實(shí)時(shí)觀察,包括土壤重金屬含量與酶系統(tǒng)之間存在的數(shù)字關(guān)系,也可以通過放大光電信號(hào)的方式進(jìn)行顯示。酶抑制法具有方便、快速、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn),可用于現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè),但是它的靈敏度和準(zhǔn)確性低于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)。

2.5 免疫分析技術(shù) 免疫分析法,由于其本身具有一定的特別性和靈敏性,所以在實(shí)際應(yīng)用過程中,要對(duì)以下兩個(gè)方面引起高度重視:一方面是對(duì)絡(luò)合物進(jìn)行合理使用,確保能夠有效綜合重金屬離子,同時(shí)要為其留下充足的空間結(jié)構(gòu),這樣后續(xù)的氧化還原反應(yīng)才能順利完成。另一方面是保證載體蛋白能接收綜合金屬離子化合物,產(chǎn)生足夠的免疫原。除以上兩點(diǎn)之外,選擇相應(yīng)具有特異性抗體對(duì)金屬離子化合物進(jìn)行綜合,提高免疫分析技術(shù)的準(zhǔn)確性也是十分重要的一項(xiàng)內(nèi)容。

3 總結(jié)

土壤作為人類生存發(fā)展的主要資源,也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的根本,對(duì)于農(nóng)田土壤灌溉水的保護(hù)是保障糧食以及食品安全的根本基礎(chǔ)?，F(xiàn)目前我國(guó)土地重金屬污染較為嚴(yán)重,成為了制約我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題,本文就主要針對(duì)農(nóng)田土壤灌溉水中重金屬檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究希望能為我國(guó)農(nóng)田土壤灌溉提供相應(yīng)的理論依據(jù)和參考資料。