摘要：近年来土壤重金属污染问题日益严重，开展土壤重金属检测以及污染治理具有重要的现实意义。基于此，首先阐述了微波消解、高压罐消解等土壤重金属检测样品前处理方法，重点论述了光谱检测法、X射线荧光光谱法等不同检测方法的原理和优缺点，最后阐述了土壤重金属污染治理技术，以期为相关研究提供参考。

　　关键词：土壤；重金属；微波消解；X射线荧光光谱；酸碱调节

　　0引言

　　在工业化、城镇化浪潮中，土壤重金属（相对密度大于4的金属）问题已经逐步上升为重大社会问题。土壤中的重金属来源主要受人为因素、自然因素的影响，前者主要以人类发展过程中的工业生产、生活废水等为主，后者则主要以火山喷发、岩石风化等活动为主，与自然因素相比，人为因素占主导地位。土壤中的铜、锌、铅、镉等重金属难以自然降解，如果不能及时采取治理措施，将会给人体健康带来严重的影响。为此，开展土壤重金属检测以及污染治理研究意义重大。

　　1土壤重金属检测样品前处理

　　土壤重金属检测前，需要对待检测样品进行前处理，提升检测的准确性和可靠性。微波消解前处理法方便快捷，在特定条件下利用微波破坏待测组分的形态，使其以高价离子的形式萃取出来；高压罐消解处理方法操作复杂，适用于难以消解的样品；电热板处理法成本较低，但是操作时会产生酸雾，会对环境产生二次污染；王水水浴消解处理法对环境污染小，多用于处理含有大量有机物的样品。不同方法处理效果、操作便捷性以及安全性各有差异，需要结合实际选择合适的前处理方法。通过试验测定土壤样品重金属标准物质的回收率和标准偏差，对比分析不同前处理方法的优缺点。

　　1）微波消解前处理法。精准称量0.5 g待测土壤样品，去离子水润湿后加入6 mL硝酸、1 mL氢氟酸，在消解罐内充分混合后放置到微波消解仪中，启动升温程序进行消解，典型重金属消解升温程序见表1，消解后冷却至室温打开消解罐，将内部液体放入容量瓶，加入去离子水定容后摇晃均匀，静置后检测。

　　2）高压罐消解处理法。精准称量0.5 g待测土壤样品置于消解罐内杯，去离子水润湿后加入8 mL硝酸、2 mL 30%的过氧化氢溶液，密封后放置到恒温干燥箱，启动升温程序，消解温度为80、120、160℃时，保持时间依次为1、1、3 h，消解完成后冷却，于可调温电热板上赶酸处理后放置到容量瓶，加入1%的稀硝酸定容至25 mL检测。

　　3）电热板消解处理法。精准称量0.5 g待测土壤样品放置于坩埚，去离子水润湿后加入10 mL的盐酸，放置到可调温电热板上，温度保持在130℃直至坩埚内液体剩余2～3 mL，冷却后加入硝酸、氢氟酸、高氯酸各5、5、3 mL后再次置于电热板，在150~180℃温度下加热4～5 h，根据样品消解情况加入适量的硝酸、氢氟酸，直至内部液体呈黄色黏糊状，重复此过程两次对土壤样品进行最后的消解，冷却后加入5%的硝酸定容至100 mL检测。

　　4）王水水浴消解处理法。精准称量0.2 g待测土壤样品放置于比色管中，去离子水润湿后加入10 mL（1+1）王水，并于沸水浴中消解2 h，冷却至室温加入去离子水定容检测。

　　上述四种方法检测的重金属成分标准物回收率以及相对标准偏差见表2。对于同种样品采取不同的前处理方式，处理结果有多不同，其中微波消解前处理法Pb、Cd、Hg回收率高，高压罐消解法Cr、As回收率高，电热板消解法Pb回收率高。

　　2土壤重金属检测方法

　　1）光谱检测法。该方法采用光学设备对土壤中的金属元素进行检测，具有操作便捷、适用范围广等特点。其中原子吸收光谱法（AAS）选择性好，能够对60余种元素进行测量，其原理结构如图1所示，是首选的定量检测方法，但是需要采用固相萃取、溶剂萃取等实现样品的富集。原子荧光光谱法（AFS）是在辐射能激发状态下检测原子发射光谱的分析方法，该方法灵敏度高、谱线简单，可同时检测多种元素，但是在实际应用中容易受荧光猝灭效应、散射光的干扰，且对复杂基体样品的检测精度不高。电感耦合等离子体质谱法（ICP-AES）则将光谱光源更换为ICP，应用电感耦合下等离子体的放电反应电解土壤中的物质，金属成分在电解状态下会产生特定波长的谱线，根据光谱图以及谱线变化情况测定物质成分以及含量。与原子光谱光源相比，ICP抗干扰能力强、检测速度快，在微量元素测定领域应用广泛。采用AAS法对某地区土壤样品进行检测，测定的Cu、Zn、Cd、Cr、Mn、Ni结果见表3。可以看出，应用AAS法测定Cu、Zn、Cd、Cr、Mn、Ni等金属元素的含量时，回收率为94.10%~101.40%，位于参考值范围内，可用于土壤重金属的检测。

　　2）X射线荧光光谱法（XRF）。基态原子与重金属元素辐射反应后激发至高能态，不同元素会产生特定的荧光光谱，通过检测X射线辐射出的荧光波长、强度等参数确定金属元素的成分以及含量，该方法检测快、成本低、灵敏度高，适用于多样品的大规模的检测。X射线波长为0.001～10.000 nm，一般选择波长色散型X射线荧光光谱仪测定元素含量。检出限是评判仪器灵敏度的重要指标，其中仪器检出限是仪器在可靠条件下的最小检出信号，方法检出限是某种方法对元素最低含量的检测。上述检出限对于重金属含量检测有着较大的影响，在开展检测分析时应该予以重视。采用便携式X射线荧光光谱（PXRF）法对某地区土壤样品进行检测，测定的As、Zn、Pb、Cr以及Cu结果见表4。研究显示，当重金属含量不超过1 500 mg/kg时，PXRF检测法能够获取较好的线性关系。在开展检测过程中，应控制土壤含水量以及粒径，可通过外部添加等方式降低土壤基质效应，提升仪器检测性能。

　　3）激光诱导击穿光谱法（LIBS）将高强度的激光脉冲聚焦于待检测土壤样品中，在等离子激发态下会出现原子、电子向下跃迁并产生辐射光谱信息，通过检测光谱位置以及强度，对样品进行定量分析。常见的LIBS系统装置如图2所示，其中激光器、光谱仪是装置的核心部件，一般选择脉冲激光器作为激发源，在激光作用下自由电子连续碰撞产生等离子体。与前文所述方法相比，激光诱导击穿光谱法无需对待测样品进行处理，可同时检测多种元素，其弊端在于激光光源的稳定性欠佳，抗干扰能力有待提升。需要说明的是，LIBS方法对于基体效应非常敏感，为此校正土壤基体效应能够提升LIBS方法检测的准确性。采用不同的光谱数据处理方法能够提升检测精度，比如应用内定标曲线法可以降低基体效应以及检出限。此外，主成分分析法、人工神经网络等算法也被应用到检测处理中，提升了光谱数据模型的预测精度。LIBS技术检测重金属的难点在于提取原始数据中的优势信息，化学计量学的发展为LIBS应用效果的提升奠定了坚实的基础。

　　3土壤重金属污染处理技术

　　1）植物修复技术。根据重金属成分以及浓度选择合适的植物，比如土壤中镉元素含量较高时，选择适配性较好的柑橘类植物。糙米等农作物对于重金属阻隔能力强，大量种植可以有效降低重金属含量。此外也可以配置植物修复促进剂降低重金属污染，比如合理配置磷酸根与八碳辛醇聚氧乙烯醚的质量比，可以降低土壤中的铜、铅、镉污染。

　　2）秸秆还田技术。秸秆被微生物分解后会形成肥料物质，能够改善土壤pH值，通过实施淹水管理策略，能够降低锑、铋以及汞等重金属含量。

　　3）酸碱调节技术。pH值对于土壤重金属有着明显的影响，研究显示，当pH值等于5时，部分元素离子交换值在20%左右。为此，可针对不同重金属元素科学调节土壤pH值，对于锌、铜等元素来说，可适度降低pH值，对于镁、钙等元素，则应提高pH值。将生石灰、改性粉煤灰等物质加入，能够吸附金属离子。

　　4）微生物技术。微生物吸附法利用微生物含有的特定生化组分吸附重金属离子并将其移除，还可以通过离子变换、沉淀等方式与重金属结合，该方法操作简单、成本低。微生物脱附法则是利用微生物释放的代谢物质驱使土壤吸附的重金属进入游离状态，以便后续采用沉淀、固定等方式进一步处理。微生物转化法则是利用微生物的代谢过程将有毒重金属转化为低毒形态，进而实现土壤修复。

　　4结语

　　土壤中的重金属长期积累，通过食物链进入人体，可能导致神经系统损坏、癌症等多种健康问题，严重威胁到生态系统的稳定性和人类健康安全。及早发现和有效治理土壤重金属污染至关重要。目前常用的土壤重金属检测方法如光谱检测法、X射线荧光光谱法以及激光诱导击穿光谱法优劣各异，在实际应用时，应根据土壤样品的特性以及设备性能选择合适的检测方法。在土壤重金属污染治理中，根据具体的污染情况选择植物修复、秸秆还田、酸碱调节、微生物吸附等技术，以期达到最佳的治理效果。

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