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摘要：从我国矿区现状来看，重金属的开采和检测技术需求越来越高。矿区的区域地质成矿背景、成矿构造条件、物源和热源条件对重金属开采都非常有利,在采矿过程中，可以发现在许多土壤当中，都存在着重金属超标的现象。且近年来，矿区土壤中的重金属含量呈现出不断上升的趋势。而且土壤中的重金属不能通过微生物的分解作用而消除掉，因而会通过食物链，对人类的身体健康带来极大的威胁。因此，我们必须要重视对土壤重金属的检测。随着科学技术的不断发展，光谱检测技术也不断提升，其在矿区土壤重金属检测方面有着较好的应用成效。本文对常用的几种矿区土壤重金属光谱检测的方法，进行了深入的研究。
关键词：土壤；重金属；光谱检测；方法
随着时代的进步，我国矿区规模不断加大。在重金属开采过程当中，常常会出现大量的废弃物，产生大量废水，在这这些废弃物与废水当中，一般包含大量的重金属元素，如若对其不加控制地排放，将会带来非常严重的环境污染问题，尤其是矿区的土壤污染。因而，对于土壤当中重金属的检测，是我们应当重点关注的工作，当前的土壤重金属检测已经成为环境检测中的一个重点内容。我国的矿区土壤重金属光谱检测技术虽然起步比较晚，但是却在近些年来得到了迅速的发展，获得了较大程度的提升，无论是检测的效率、检测的灵敏度，还是检测结果的精准度，都越来越高。
1新时代背景下矿区土壤重金属污染简析
在影响土壤环境的各种无机污染物当中，重金属是非常突出的一类，其无法被土壤中的微生物所降解，比较易于积聚，并被逐渐转变成危害性很大的甲基化合物，它们还可能会经过食物链，在人类的机体里进行积聚，为人体的身体健康带来极大危害。
通常而言，矿区土壤当中的重金属污染物有铜、铁、锌、锰、镉、铬、铅、镍、砷、汞等元素，其中的砷元素，其本身并不是重金属，但是它的来源、行为以及危害，都和重金属比较类似，因此也常常把砷划到重金属的类别当中，进行一并检测和讨论。
就同样一种金属元素而言，其在土壤当中的存在形态并非一种，可能会经过各种反映，呈现出不同的状态。而在各种元素的迁移转化过程中，所呈现出的具体特点与其污染性质也各不相同。所以，在对矿区土壤当中的重金属进行测定，对其危害进行研究时，将不仅仅要关注重金属元素的总含量高低，更要关注其不同形态的含量高低，从而对其危害进行更加科学的评判。
2矿区土壤重金属检测样品的采集方法
在对土壤重金属进行检测前，还需要做一系列的准备工作。首先要进行土壤样品采样，这一环节看似简单，但却并不能掉以轻心，采样是否科学合理，将会在很大程度上决定检测结果的科学合理性，代表检测结果的代表性。因此，必须要保证所收集的土壤样本都具备着很强的代表性。因为土壤在客观上具有着明显的不均一特性，因此在对土壤进行采样时，就必须坚持“随机、等量、多点混合”的大原则。在对取样点进行布设的时候，可以依照现场实际情况，来灵活采用网格布点法、蛇形布点法、梅花形布点法、棋盘式布点法、对角线布点法等，完成对取样地点的科学合理布置。
3矿区土壤重金属检测样品的制备方法
在完成土壤现场采样之后，还需要通过一系列的制备工序，来制备出能够用于实验室检测的土壤重金属检测样品，诸如风干、磨碎、过筛、混匀、装瓶等。具体而言，首先应当将在现场所取回的土壤样品，在实验室当中合适的器具上平铺均匀，并使其处于洁净、干燥、阴凉、通风良好的环境状态下，加以自然风干。而在风干土壤样本的过程中，工作人员应当适时翻动土壤样品，以防止其结块。当对土壤样品进行风干以后，就需要先将其磨碎，然后再分别采用二十目和一百目孔径的隔筛，来对完成研磨的土壤样品筛分。当把土壤样品全部筛分完毕以后，要将其装于密封的乙烯封口袋之，并为其分别编号，将土壤样品采集的日期、位置、数量以及土壤样品的制备人员等信息，都要加以仔细的记录。
4矿区土壤重金属光谱检测方法分析
对于矿区土壤重金属的测定，以往都是采用传统的滴定法或是分光光度法，其检测的过程较为繁琐，需要对每个元素分别进行测试，且检测结果的精确性不高。随着科技的进步，对土壤重金属检测的相关技术与方法在不断地发展着，并在近些年取得了巨大的进步，能够同时测试多种元素，无论是检测的效率还是检测结果的精准度，都得到了较大程度的提升。当前，我国关于矿区土壤重金属的检测方式很多，每种测试方法的原理与特点也不尽相同。下面就对当前比较常用的几种进行详细分析。
4.1原子荧光光谱法
这种光谱分析技术也可称为原子吸收分光光度分析法，它主要是基于原子辐射能量分析的方法，建立在特定原子蒸汽辐射的特定光波特性之，这样，就能对土壤样品中的重金属元素在辐射能的激发下，所发出的荧光度进行测量，从而就能够对土壤样品中重金属元素的含量做出定量与定性分析。这种技术的基本原理是：基态原子在吸收特定频率的辐射以后，就能够被激发成高能态。在对基态原子激发的过程中，原子就会以光辐射的方式，发射出特定波长的荧光。而这种荧光的强度与金属元素浓度之间的的关系，是遵从于Lambert-Beer定律的。所以，检测人员只需要测量原子所发出荧光的强度，便可以把土壤样本当中含有的重金属元素浓度计算出来。
原子荧光光谱法具有显著的优点，能够有效发挥原子发射与原子吸收的作用，又可以对传统技术应用的缺陷加以合理弥补。它对土壤中重金属浓度的测定敏感性比较好，检测谱线也非常简单，而且低浓度校准曲线的线性范围宽度可以达到四个数量级，同时也可以对多种重金属元素进行测定。现在，原子荧光光谱法已经广泛应用在了二十余种元素的测定中，特别是在对微量砷、汞等元素进行测定时，原子荧光光谱法算得上是最成功的分析方法之一，检出效率与检出准确性都很高，因而得到了普遍的应用。
4.2原子吸收光谱法
该方法又被称作原子分光光度法，其基本原理为：待测元素的气态原子，能够对光源所产生的特定波长光辐射发生共振吸收，从而导致入辐射光出现很大幅度的衰减,，而根据这一特性，对辐射光的衰减程度进行测量，就能够将土壤样品中被测重金属元素的含量相应计算出来。
利用原子吸收光谱法对土壤样品当中的重金属进行检测，具有较大的优势：一方面是具有较高的选择性，这是由于原子的吸收带宽相对比较窄；一方面是具备较高的灵敏度，所要求的进样量也就相对小；一方面是具有较广的分析范围。因为其于元素的激发性能紧密相连，不但能对微量元素检测出，而且还可以对气态、固态等状态的样品加以测定，这也是许多其他分析方法所不能达到的；另一方面则是具有较高的抗干扰能力，检测的结果并不会随着外界温度的变化而受到影响。因为原子吸收光谱法具备诸多的优点，而且操作工作简易方便，是一种十分优良的分析方法，所以在土壤重金属测定中，得到了广泛的应用。不仅如此，在矿区土壤检测中，原子吸收光谱法除了对土壤中的重金属含量进行测定与分析之外，还可以对矿区环境、重金属污染、土壤背景值等作出有效研究与判断，具有很高的应用价值。
4.3电感耦合等离子发射光谱法
该方法也被称为电感耦合等离子体光学发射光谱法，是一种火焰技术，其火焰温度达6000K~10000K。利用其对土壤样品中的重金属元素进行测定时，所使用的器具主要有：用来产生高频电流的高频发射器、由三层同心石英玻璃管所构成的离子体炬管、感应圈、供气系统与雾化系统等。该技术的基本原理为：通过高频电感耦合来形成等离子体放电光源，而光源激发后能够产生特性辐射，这就可以通过测量特性辐射的强度,，来对原子发射光谱加以分析，进而对土壤样本中重金属元素的浓度做出定性定量的分析。
该技术手段十分先进而完善，在运用该技术对土壤样本中的重金属元素浓度进行测定的整个流程中，用到了包括光、电、机、分析化学、计算机技术等方面的多种科学手段，具有较强的优势：一方面可以将操作的过程加以简化，使分析速度提高；一方面其检测的范围相当广泛，动态线性范围宽度能够达到五个数量；另一方面，其在对重金属元素进行检测的过程当中，由于背景扰动值相对较低，所产生的基体效应也较少，精密度和信噪比都非常高，因而最终测量结果的准确性也相当高。
4.4激光诱导击穿光谱法
激光诱导击穿光谱法是一个比较先进的激光烧灼光谱分析方法，同时可以对土壤中的汞、铜、锌、镍、镉、铅等重金属元素进行测定。它的基本原理是：通过使用超短脉冲激光，并与汇聚透镜相结合进行汇集，聚焦于待测土壤的表层，导致待测物质的表层发生电离作用进行气化，从而产生高温高能的等离子体。利用光学系统，对等离子体所辐射的原子光谱和粒子光谱加以采集，随后再通过输入光纤与光谱仪入射线，将之耦合到入射狭缝中，最后再通过数据控制器，把光谱数据信息传输到计算机中。然后，通过对该等离子体发射光谱进行解析后，就可以测算出土壤中待测重金属元素的成分与其含量了。
在这一过程当中，离子光谱与原子光谱的波长，是与特定的重金属元素对应的，而光谱信号的强度则与相应的重金属元素之间存在着定量关联。由于超短脉冲激光在聚焦之后所产生的能量密度较高，所以可以把任何物态的待测样品都激发为等离子体，所以就可以通过这种技术来对土壤当中的重金属元素进行迅速而精确的检测与研究。而如果待测量土壤样本当中的重金属元素的成分和含量是已知的，那么就能够利用这项技术来对土壤样本当中的重金属元素的相对含量做出判断，或者对样品中的杂质加以检测。
激光诱导击穿光谱法的优势非常明显，可以在现场直接对土壤中的重金属元素进行检测与分析，而无需对土壤样品加以预先处理，这样就使得检测过程更加方便快捷。利用该方法还可以在不与土壤样品进行接触的情况之下，对多种重金属元素同时进行检测与分析，这样就能够使土壤样品得到很好的保护，有效防止土壤样品受到二次污染。
不过，该方法在实际应用的过程中，也有着一定的弊端。因为在使用该方法检测过程中，主要硬件是1064nmNd：YAG脉冲激光器，其脉宽为10ns左右，聚焦之后的能量密度能够达到1GW/cm。所采用的检测仪器造价昂贵，需要花费很大的经济成本。除此之外，在检测的过程中，还可能会因为激光脉冲能量的起伏性大而引起某些干扰，进而影响检测的可靠性，并会在一定程度上干扰测量研究结果的准确性，有待进一步优化。为有效减少这些不良影响，我们可以采用相应的措施。比如，人们可以考虑使用光学反馈来作光源，从而使脉冲能量的起伏性降低；可在处理数据的过程中，通过采用激光能量起伏校准技术，来最大程度地消除因激光器能量起伏形成的不良影响；同时也可通过选取合理的采样延迟时间，来将信号谱的信噪比提高，又或是通过选取比较合适的激光脉冲峰值，来使谱线饱和的情形减少，从而防止自吸效应的产生等。
4.5 X射线荧光光谱法
该方法涵盖了光谱检测分析技术、现代电子信息技术、化学技术等领域的多种科技，在检测的过程中会使用到光源、谱仪控制、色散、探测器、数据处理等。其基本原理是：根据环土壤样品对X射线的吸收情况，来对其中所含重金属元素成分进行检测分析。具体而言，也就是当照射原子核的X射线能量和核内层电子能量同处于一个数量级时，核内层电子将会发生跃迁，进而会在内层电子轨道上产生空穴，而原处在较高能态的外层电子，将会进入空穴中，并将过剩的能量，以X射线的形式释放出来。而在这一过程当中，所产生的X射线，即为代表金属元素特征的X射线荧光谱线。
将该检测方法该检验方式运用到土壤重金属的测定当中，具有较大的优势：一是其检测的物质浓度范围比较宽，即使土壤中重金属的含量比较少，其校准曲线的线性范围仍可宽达三到五个数量级；二是其操作步骤比较简单，并且不会对土壤样品造成污染和破坏；三是其检测的速度较快，检测灵敏度高，并且有着较好的再现性与稳定性；四是其能够用于多种物质元素的测定，并能够将土壤中的元素进行分解，使分析的过程呈现自动化的状态；五是该方法所需的经济成本比较低，因而其得到了迅速发展。
4.6表面增强拉曼光谱法
该方法是一种非常先进的检测技术，,它主要是利用增强因子，来对常规的拉曼光谱数据加以强化。在一般情形下，拉曼信号通常都很弱，因而在对物体表面吸附物的拉曼光谱进行分析时，一般都需要借助一定的增强效应。
采用表面增强拉曼光谱法对土壤中的重金属进行测定时，有着非常好的精度和特异性，可以对土壤样本中的各种重金属进行分子水平的测定和分析。但因为重金属并不具有显著的谱峰特性，因而，检测工作人员常常需通过对其进行标记分子间接性检测，并结合使用原子的标记，进行强度标记，同时利用探测分子与基地间的能量转换，来实现荧光淬灭的效果，以便于有效防止干扰，从而获取拉曼光谱。
5结语
综上所述，我国的环境污染状况比较严重，矿区开采力度持续加大，矿区的重金属资源如何合理开发并高效利用值得思考。其中的土壤重金属污染已经成为一个比较突出的问题。土壤中的重金属不能通过微生物的分解作用而消除掉，若土壤中重金属元素的浓度过大，则不但会造成污染，也会通过食物链，对人类的身体健康带来极大的威胁。对于土壤当中重金属的检测，应当重点关注的工作，当前的矿区土壤重金属检测已经成为环境检测中的一个重点内容。我国的矿区土壤重金属光谱检测技术虽然起步比较晚，但是却在近些年来得到了迅速的发展。本文对矿区土壤重金属检测样品的采集方法和制备方式分别进行了阐述，并对几种应用较为普遍的土壤重金属光谱检测技术，展开了详细的论述，以供相关人士进行借鉴与参考。
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