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光学分析法是分析金属及类金属物的可靠手段,其灵敏度和精确度较高,其所需检测时间也较短,但其相关仪器设备购置和运行成本较高,并对操作者的专业知识和操作技能均有较高要求。
目前,一些发达国家采用光学检测方法对重金属进行检测,如日本及欧盟的部分国家采用电感耦合等离子质谱法( ICP-MS) 进行标准检测,但是对于国内用户来说,购置仪器成本过高,很难使其在我国得到广泛使用,也有部分国家采用 X 荧光光谱分析法,其优势在于可以进行无损检测,可直接分析待测样品,但其缺点在于精度较低、重复性不好。
传感技术的快速发展,使得电化学分析法取得了长足的进步。鉴于其准确性强、精确度高、检测成本低以及能够较快检测多种重金属的特点,在实际检测中应用较为广泛,但其样品前处理较为复杂,加上对待检测土壤环境有一定的要求,这些都限制了电化学分析法的进一步应用。
生物学分析法对土壤的破坏较小,操作较简单以及灵敏度高,在某些特定的情况下也可以进行土壤重金属的检测 ,但由于相关酶 、络合物 、抗体以及生物传感器难以制备导致其可检测的重金属种类有限,且对待检测土壤环境有较高的要求,这些都严重影响着生物学分析法的应用。
2新型检测方法
2.1新型检测方法介绍
近些年来随着光学、生物学、遥感技术以及其他学科的深入研究与快速发展,衍生出一些新型检测土壤重金属的方法,如高光谱分析法、太赫兹光谱法、生物量间接测定法及基于环境磁学的检测方法等。
高光谱分析技术
通过利用遥感( RS) 技术获取的高光谱数据以其高光谱分辨率和多而连续的光谱波段可以对土壤重金属含量进行预测,并且可实现大面积、无损坏及非接触式的快速测样,避免了采样、前期消解处理等复杂步骤。
Kemper 等利用反射光谱成功预测了矿区土壤中 As、Fe、Hg、Pb等 4 种重金属的含量; 吴昀昭等利用反射光谱的相关特性,基于实验室条件模拟了 Hymap,Aster 以及 TM 光谱,快速预测了南京地区土壤 Hg 污染,发现了预测 Hg 的最佳波段和土壤 Fe 吸收波段一致,且经过相关分析,表明 Hg 的含量与土壤反射率存在负相关关系; 简季等首先通过对土壤进行现场光谱测定,然后在第二次光谱采集时通过化学分析建立了 As、Cd、Zn 三种重金属的反演模型,通过土壤对不同近红外波段进行相关试验,得到若干个模型与实际重金属含量具有相关性,得出用实测光谱数据反演土壤中重金属含量的可行性结论; 邬登巍等研究了应用中红外漫反射光谱对土壤重金属含量进行快速预测的可行性,研究结果表明,该方法可作为一种快速、非破坏性方法对土壤重金属含量进行预测。
太赫兹光
太赫兹光是近年发展起来的国际前沿科技,可用来探测分子间、分子内部大小介于氢键和微弱内部相互作用( 范德华力等) 之间激励带来振动而引起的能量吸收特性,同时也可探测重金属络合物分子的振动特性。
目前该法研究成果较少 ,李斌等开展了这方面的初步研究 ,应用太赫兹光谱对土壤重金属污染进行检测,通过设计实验获取了大量相关数据,据此进行建模并进行数据分析,初步分析发现土壤样品中主要重金属含量与 对应的太赫兹吸收谱之间存在一定的对应关系,因而得到了利用太赫兹光谱技术对土壤重金属含量进行测定具有可行性的结论,目前该技术正在深入研究中。
生物量间接测定技术
利用某些生物基因表达具有发光等特征,通过运用遥感技术接收相关光谱,根据光谱特征进而确定土壤重金属含量。
顾宗濂等早在 20 世纪 90 年代便采用了发光细菌法对土壤的重金属污染问题进行相关研究; 温健婷等在实验室条件下通过模拟利用细菌发光特性实现了对土壤重金属污染的检测; 杨军等采用了费氏弧菌发光法对被镉污染的土壤及 Cd2 + 进行毒 性检测,通过分析不同浓度 Cd2 + 和不同镉污染梯度的土壤对发光细菌发光抑制率的影响,得到了一些结论:在0.32~48mg/L这个浓度区间内,Cd2+对费氏弧菌的剂量 ——— 效应关系为三次曲线 ,其相关系数在 0. 92 ~ 0. 96; 镉污染土壤的临界浓度为10 mg/kg; 镉污染程度越重,土壤的 pH 越高,在相 同浓度的条件下,溶液中 Cd2 + 对发光细菌的毒性较土壤的强。目前,该方法的研究大多仍处于实验室模拟阶段,作者暂时还并没有看到用于野外现场检测以及在线研究等相关报道。
环境磁学
任何物质都具有某种磁性质,根据物质对外加磁场效应所对应的特征电流,可用以定量物质,因而可依据某些磁参数值定量土壤重金属。
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