浅谈重金属检测传感器技术的应用论文
摘要： 随着经济的迅猛发展和社会的日新月异, 人们对重金属的开采及加工越来越频繁, 这使得不少重金属存在于大气水以及土壤中, 在很大程度上加重了环境污染, 科学技术的迅猛发展为重金属检测传感器技术的研究提供了很好的途径。针对上述背景下, 对重金属检测传感器技术研究与应用进行合理性阐述, 以促进重金属检测传感器技术的进一步发展。
关键词： 重金属检测; 传感器技术; 环境污染;
重金属污染是环境污染的一个重要组成部分, 重金属在自然界中广泛存在, 随着人类的开采、冶炼、加工活动而使得重金属转变成化学状态或化学形态广泛分布于大气、水、土壤中, 随着时间的积累而不断留存、迁移, 从而引发严重的环境污染问题;重金属甚至还会随着废水的排出而流入海洋中, 对鱼和贝类造成严重的危害;重金属还会附着在人类的鼻腔和食物上, 造成人类呼吸道感染和重金属中毒[1]。重金属具有沉积性和不可降解性, 是一种非常危险的污染源, 因此对于重金属的研究与检测是十分关键的。通过调查与研究, 发现重金属检测传感器技术主要分为离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术四个方面, 本文通过对这四种传感器技术在重金属检测中的研究与应用作简要分析, 以推动重金属检测传感器技术的发展。
1 离子选择性电极传感器技术。
离子选择性电极传感器技术是一种操作简单、性价比高、准确有效的重金属检测传感器技术。离子选择性电极传感器技术因为不需要提前对样品进行操作而被广泛应用于重金属的在线检测中。目前, 国内外学者对离子选择性电极传感器技术进行了大量的研究, 发现选择性高、经济简单的离子选择性电极主要分为基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极和基于流系玻璃膜的离子选择性电极两种[2]。
1.1 基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极。
目前在对基于聚氯乙烯膜的离子选择性电极的研究中, 主要是对离子选择性电极的重金属离子的识别以及聚氯乙烯膜的结构和性能进行研究, 同时, 对不同的载体和膜增塑剂对离子选择性电极性能的影响作简要分析, 从而提高对重金属的识别能力。
1.2 基于流系玻璃膜的离子选择性电极。
基于硫系玻璃膜的离子选择性电极良好的红外线透过性是其他离子选择性电极无法相提并论的。许多发达国家都通过购买硫系玻璃膜的离子选择性电极来用于重金属检测工作。
2 光纤化学传感器技术。
对于光纤化学传感器技术的研究比离子选择性电极传感器技术的研究还要早, 光纤化学传感器技术的研究始于美国研究所, 从那以后, 许多国家都在实验室中对光纤化学传感器技术进行研究, 并应用到重金属检测中。陈雷等人对基于聚氯乙烯膜的光纤传感器进行研究并应用到铜离子的检测中, 取得了良好的效果[3]。李学强等人将注册分析法和激光激发荧光光谱技术应用到对金属离子传感器的研制中, 使我国饮用水中的重金属检测工作取得了很大的进展。
3 生物传感器技术。
第一个生物传感器始于Red String仪器公司。之后, 又在多个公司相继推出, 这些生物传感器主要是对人类血糖和尿糖中的重金属物质进行检测。重金属物质在人体中的留存和迁移会对人体的健康造成极大的威胁, 生物传感器可以与人体生物识别因素相互影响, 以达到对人体中的重金属含量进行检测, 从而预防重金属中毒的目的。通过研究发现, 生物传感器主要分为蛋白质为基础的'生物传感器以及整个细胞为基础的重金属传感器两种。
3.1 蛋白质为基础的生物传感器。
生物识别因素主要是促进消化的酶、防止病毒入侵的抗体、增强体质的金属键键合蛋白以及脱辅基酶蛋白质。以这几种生物识别因素为基础制作蛋白质为基础的生物传感器, 用来检测铜离子、锌离子、汞离子以及铅离子等金属离子。传统的生物传感器存在灵敏度低、选择性差等一系列缺点, 因此必须研制出选择性高的新型传感器来实现对重金属离子的检测, 这种新型传感器被称为蛋白质为基础的生物传感器。
3.2 整个细胞为基础的重金属传感器。
整个细胞为基础的重金属传感器可以实现对微型有机体生物标识的检测, 它具有所受干扰因素少、反应速度快等一系列优点, 可以实现对苔藓、海藻、酵母等海洋生物中的重金属的检测。随着生物医学和环境工程的蓬勃发展, 可以通过改进主传感器的途径来解决重金属检测过程中的干扰问题, 即在基因层次上设计细胞器。
4 结语。
综上所述, 本文通过对重金属检测传感器技术研究与应用进行分析, 主要从离子选择性电极传感器技术、光纤化学传感器技术、生物传感器技术以及微电极矩阵传感器技术这四个方面作简要分析, 为传感器检测技术在重金属中的研究与应用提供理论支持, 以减少重金属污染现象的发生。
参考文献
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土壤重金属污染治理的策略与技术论文
在学习、工作生活中，大家都不可避免地会接触到论文吧，论文是学术界进行成果交流的工具。相信许多人会觉得论文很难写吧，以下是我为大家收集的土壤重金属污染治理的策略与技术论文，欢迎大家分享。
摘要：
在我国社会经济快速发展的背景下，土壤污染问题十分严重，严重影响了人民群众的生命健康安全。为此在新时期要高度重视土壤重金属污染的有效治理，避免土壤结构被大量破坏造成土壤中的矿物质流失。通过对土壤重金属污染治理的原因和问题进行分析，制定科学高效的应对措施，保证土壤重金属污染治理的整体水平全面提高，确保土壤重金属污染治理的效率大幅度提高，保护土壤生态，为社会经济可持续发展做出重要贡献。
关键词:
士壤重金属污染;治理问题:对策
引言：
土壤作为社会发展重要基础，必须要高度重视对土壤生态环境的妥善保护与科学处理。重金属作为土壤环境最重要的指标，由于受到工业农业的快速发展，土壤中的重金属物质含量显着超标，对于整个土壤的破坏十分明显，严重影响了土壤安全，在新时期需要重点关注土壤重金属物质，并采取有效的处理措施，减少土壤重金属造成的破坏与损伤，确保土壤重金属得到有效控制。
1、土壤重金属危害
重金属是指通过自然环境难以有效降解的各种物质。包括铅汞等，这些重金属物质如果进入到人体会引发重金属中毒，对人体造成明显损伤，而在土壤和水源中会大量淤积，也会导致水生动物和植物的生长发育受限，不利于生态环境土壤污染的农田，如果种植农作物也会造成大量的重金属进入农作物内部，植物中含有大量重金属就会通过饮食进入人体而导致食品安全问题[1]。土壤重金属污染越来越严重，对人们的生活造成巨大的威胁。为此要有效处理重金属污染，降低土壤中重金属含量。
2、土壤重金属污染主要成因
目前对于土壤重金属污染的成因主要包括自然因素和人为因素两方面，其中自然因素是指在自然环境中发生的火山爆发和土壤自身形成的因素，而人为因素则涉及工业农业交通等多个领域，也是造成土壤重金属污染的关键因素。例如在干旱地区为了提高农作物的产量解决缺水问题，往往会采取大面积灌溉的方式造成土壤养分流失，或者在灌溉中所使用的水资源受到污染，导致金属含量超标等，必然会使土壤出现金属污染问题，此外在工业领域不断发展的背景下，金属冶炼对社会发展具有十分重要的作用，但在冶炼过程中也会产生大量的重金属废水，如果没有对重金属进行妥善无害化处理，而直接排放到自然环境中，会造成土壤的重金属污染[2]。在城市发展中人们的生活水平日益提高，汽车保有量显着增多，而车辆也会生成大量汽车尾气，这些汽车尾气会直接污染大气，经过雨水冲刷会导致重金属污染物渗入到土壤内部。
还有部分有机肥料来自城市建筑垃圾、河道淤泥等，这些原材料本身富含大量重金属元素。在进入到土壤后也会造成土壤重金属含量显着升高，对土壤结构造成破坏。我国地形复杂，面积范围广大，土壤种类丰富，这也使得土壤污染问题存在明显的区域性差异，在农业发达的西北地区具有良好的土壤环境，而在中南地区由于工业密集，所以土壤污染问题严重。在发达地区为了提高农作物，往往会使用大量的化肥农药，这样就会造成农业用地日积月累受到严重的污染，致使蔬菜粮食存在农药残留，而且农业用地污染问题大部分都以有机或无机复合为主，造成土壤无法复原。当土壤受到重金属污染以后，基本无法恢复，土壤之中也会富含大量的胶体致使重金属物质不断富集，长此以往重金属污染也会日益严重，在人类正常的生活与工作中，耕地的酸碱值会发生明显变化，而且化学反应也会使重金属的离子价态和形态会发生明显的变化，而且大多数的土壤重金属污染，无法通过人类的感官进行准确识别，往往需要经过长时间的沉淀以后才能发现，这样也就造成土壤重金属污染难治理难度不断增加。
3、土壤重金属污染的主要治理策略
目前在土壤污染防治中，需要高度重视对土壤环境的妥善监测，通过对土壤中的重金属指标进行快速准确监测，能够判断土壤内部重金属富集的具体情况，为此有关部门要高度重视。建设土壤监测监管机制，采取相应的设备，对土壤的组成成分进行全面分析，提高土壤检测数据的科学性，例如成立土壤监测部门，按照专业的监管机制，安排专业人员对土壤相关数据进行全方面检测，确保土壤环境得到妥善处理，在土壤数据监测完毕后，还要将有关数据上传至监管部门，明确各个地区土壤的重金属含量，确保土壤重金属污染得到有效控制，一旦发现异常超标情况，则需要采取科学的解决，确保土壤重金属物质处理的效率全面提升，满足土壤重金属污染监测的实际需求。由于我国对土壤污染防治工作开展的时间比较晚，为此在新时期要积极加强土壤污染的有效预防，制定高效目标，坚持以预防为主，保护优先，树立完善的风险监管意识，从而确保土壤污染治理的.整体水平全面提升[3]。
要主动采取分级风险管控措施探索土壤重金属污染治理的全新方案，提高控制管理的水平，同时要做好技术调查，在全国范围内对土壤污染的具体状况进行准确的排查，保证土壤污染问题得到清晰有效的控制与解决，建立土壤重金属污染相关信息化平台（表1），实现资源共享，通过设立全国规模的土壤污染监测管理网络，保证对土壤污染监测点覆盖到市县级，做到监管数据实时更新。确保土壤管理的效率全面提升。要逐步建立污染土地目录或者土地使用污染目录，严格控制土壤的实际使用途径。加强监管存量，对源头严格防控，有效提高农业污染的监督管理力度。要坚决从源头加强土壤保护，避免土地随意滥用。
表1基于GIS系统土壤环境风险控制管理体系
4、土壤重金属污染治理的主要技术
4.1、生物治理
当前的土壤生物治理可以通过植物微生物等手段减少土壤重金属含量或降低其毒性。在植物治理中，需要积极培育能够吸附重金属物质的植物，有效去除土壤中的大量重金属物质。这种方案成本低廉，技艺简单，具有大范围推广应用的实际意义。另外可以通过微生物对土壤进行改良，但这种技术对微生物要求比较高，而且治理周期比较长，还会存在一定的风险问题[4]。
4.2、化学防治
化学防治可以通过重金属改良剂，根据不同的金属特点采取相应的化学反应，确保对重金属进行有效抑制，使这些潜藏在土壤中的重金属能够快速凝聚，减轻土壤对重金属吸收，避免造成恶劣影响。还可以直接使用金属拮抗剂，因为金属之间存在许多的相互作用，金属的特性也并不会对人体造成明显的伤害，通过化学防治可以通过有益金属对重金属相互作用产生拮抗性，减轻重金属的活跃度[5]。
4.3、生态修复技术
在农业生态修复中通过农艺修复或生态修复等不同的方法，可以保证土壤中的水分含量，耕作制度得到有效控制，技术人员可以通过对土壤中的水分进行控制，有效改善土壤的pH，而且有部分重金属在氧化还原下会不断迁移发生变化，此外造成土壤氧化还原的主要因素在于水含量增多，所以在修复的过程中要加强对水含量的有效调控，增强氧化还原整体效能，避免重金属的快速迁移，促进土壤修复的整体质量水平全面提高。生态修复能够对土壤的水分肥力进行快速还原，改善当地的环境气候条件，有效控制重金属污染物所处的环境介质。在土壤重金属污染治理时，生态修复技术的效率比较缓慢，在短时间内并不能看到显着的效果。
4.4、工程治理技术
工程治理技术能够通过工程机械理论，加强对污染土地治理。目前常用工程治理技术包括换土法、克土法以及深耕翻土法等，是指被污染的土壤中增加干净土壤，并且快速将被污染土壤与外界隔离，减少土壤中的重金属污染物浓度。换土法则是直接将被污染的土壤快速挖掘，并搬运别处进行妥善处置，换上干净土壤。深耕翻地法是利用机械，使上部重金属污染物迅速向下部翻转，保证表土表面重金属污染浓度降低。在运用工程治理技术中，需要根据不同的技术要求选择科学的治理方法，通常污染程度比较轻的土地可以采用深耕翻土法，污染程度比较重的则需要采用换土法以及克土法，需要注意的是，在采用换土法时对被挖出的污染土壤要及时进行处理，避免对环境造成二次污染。
4.5、联合修复技术
由于土壤重金属污染物的成分多样化，不同地区的污染类型，污染程度也各不相同，凭借单一的技术很难达到预期的修复效果，为此要积极针对土壤重金属污染的具体情况，采取联合修复的方式，通过对植物和微生物联合物理和化学联合等多样化的修复手段，能够促进土壤恢复效果，减轻土壤受污染的程度[6]。
4.6、改良剂改性修复
改良剂改性修复，主要是在重金属污染土壤中加入固定配方的改良剂，使改良剂与重金属之间出现明显的吸附作用、抗结作用以及氧化还原作用，但这样的技术最终造成土壤重金属污染物活性显着下降。石灰石、碳酸钙、硅酸盐等各种改良剂相互作用还能够促进土壤的养分得到显着变化。
5、结束语
我国目前土壤重金属污染问题十分严重，而且防治工作起步晚、技术落后，给土壤重金属污染防控造成严峻挑战。针对污染物有效防治采取相应的措施加以治理，确保土壤重金属污染物的改良效果全面提高，促进我国土壤资源的安全。
参考文献
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[5]王海东,方凤满,谢宏芳,等芜湖市区土壤重金属污染评价及来源分析[J]2010(4):36-40.
[6]张仕军土壤中重金属污染治理存在的问题及对策研究[J]资源节约与环保,2020(9):93-94.
重金属对土地影响
1
重金属指比重大于4或5的金属，约有45种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。
如汞中毒的临床表现有，全身症状为头痛、头昏、乏力、发热。口腔及消化道症状表现为齿龈红肿酸痛、糜烂出血、牙齿松动、龈槽溢脓，口腔有臭味，并有恶心、呕吐、食欲不振、腹痛、腹泻。皮肤接触可出现红色斑丘疹，以四肢及头面部分布较多。少数患者可有肾损害，个别严重者可有咳嗽、胸痛、呼吸困难、绀紫等急性间质性肺炎的表现。
重金属中毒会使体内的蛋白质凝固,这个你可以从高三的化学书看到,如果轻微中毒,就大量喝牛奶,牛奶中的蛋白质会和重金属反应,这样不会损伤到你自身的身体机能,喝了以后马上就医
2
对什么是重金属，目前尚没有严格的统一定义，在环境污染方面所说的重金属主要是指汞（水银）、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重元素。重金属不能被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下，成千百倍地富集，最后进入人体。重金属在人体内能和蛋白质及酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒。
重金属元素由于某些原因未经处理就被排入河流、湖泊或海洋，或者进入了土壤中，使得这些河流、湖泊、海洋和土壤受到污染，它们不能被生物降解。鱼类或贝类如果积累重金属而为人类所食，或者重金属被稻谷、小麦等农作物所吸收被人类食用，重金属就会进入人体使人产生重金属中毒，轻则发生怪病（水俣病、骨痛病等），重者就会死亡。所以我们不要过量地进食海产，每次进食前一定要把海产彻底煮熟，以免吃入细菌。
重金属污染的特点是：
(1)除被悬浮物带走的外，会因吸附沉淀 作用而富集于排污口附近的底泥中，成为长期的次生污染源；
(2)水中各种无机配位体(氯离子、硫酸离子、氢氧离子等)和有机配位体(腐蚀质等)会与其生成络合物或螯合物，导致重金属有更大的水溶解度而使已进入底泥的重金属又可能重新释放出来；
(3)重金属的价态不同，其活性与毒性不同。其形态又随pH和氧化还原条件而转化。
(4)在其危害环境方面的特点是：微量浓度即可产生毒性(一般为1～10毫克/升，汞、镉为0.01～0.001毫克/升)；在微生物作用会转化为毒性更强的有机金属化合物(如洋－甲基汞)；
（5）可被 生物富集，通过食物链进入人体，造成慢性路线。亲硫重金属元素(汞、镉、铅、锌、硒、铜、砷等)与人体组织某些酶的巯基(-SH)有特别大的亲合力，能抑制酶的活性，亲铁元素(铁、镍)可在人体的肾、脾、肝内累积，抑制精氨酶的活性。六价铬可能是蛋白质和核酸的沉淀剂，可抑制细胞内谷胱甘肽还原酶，导致高铁血红蛋白，可能致癌，过量的钒和锰(亲岩元素)则能损害神经系统的机能。
重金属铅的危害
一般认为血铅的相对安全标准不应超过10微克～14微克/升；长期接触铅化合物或吸入金属铅尘埃，都会引起不同程度的“铅中毒”病症(血清中铅浓度大于40微克/升)；
人体吸入过多会危害人的神经系统、心脏和呼吸系统，导致不同程度的铅中毒；
人体中，铅能与多种酶结合从而干扰有机体多方面的生理活动，导致对全身器官产生危害；
儿童发生铅中毒的机会远远超过成年人；
临床特点为剧烈的腹绞痛、贫血、中毒性肝病、中毒性肾病、多发性周围神经病。表现为头晕全身无力、肌肉关节酸痛、不能进食、便秘或腹泻、肝脏肿大、肝区压痛、黄疸、血压升高。医学检查：除铅中毒指标明显升高外，还会有胆红质升高、ALT升高、尿中可见红细胞、白细胞，尿仆胆原阳性、血色素和红细胞均下降。神经系统检查，可发现四肢末端呈手套袜子型感觉减退，肌肉萎缩及肌无力。
重金属汞的危害
急性汞中毒全身症状为头痛、头晕、乏力、低度发热、睡眠障碍、情绪激动、易兴奋等；
呼吸道症状表现为胸闷、胸痛、气促、剧烈咳嗽、咳痰、呼吸困难；口腔炎可能在早期出现，有流涎、口渴、齿龈红肿、疼痛，在齿缘可见“汞线”，口腔黏膜肿胀、糜烂、溃疡，牙齿松动、脱落；
胃肠道症状为恶心、呕吐、食欲不振、腹痛，有时出现腹泻，水样便或大便带血；
汞对肾脏损伤，可造成肾小管上皮细胞坏死；出现浮肿、腰痛、尿少、甚至尿闭；尿蛋白阳性，尿中有红细胞、脱落上皮细胞等；尿汞明显增高；
少数病人可出现皮炎，如红色丘疹、水疱疹、重疹者形成脓疱或糜烂。
六价铬的危害
饮用水中超标400倍时，会发生口角糜烂、腹泻、消化紊乱等症状；
会使人呼吸急促，咳嗽气喘，短暂的心脏休克；
造成肾脏、肝脏、神经系统和造血器官的毒性反应等。
PBB、PBDE的特性
具有生物累积性，在食物链中，这些物质可以通过脂质发生转移和生物富集；
具有神经毒性，会对肝和神经系统及胎儿的发育造成毒害；
会干扰甲状腺内分泌，可能致癌或引起生物性别错乱；
废弃燃烧时产生HBr及二恶英Dioxin；在环境中能存在多年，甚至终生累积于生物体无法排出。
北京有部分古老的城市公园里表层土壤的重金属含量较高。这是因为，那些古老公园里亭台楼阁相对多，雕梁画栋更是比比皆是，由于早些年的油漆为了增强防腐性，其中的铅、砷等重金属含量超标。这些油漆内的重金属跑到了土壤里，就造成了公园土壤重金属超标。由于北京起风比较平常，这些细小的尘土携带着人们根本察觉不到的重金属，通过人的呼吸作用就会进入人体。 水的污染通常都是由当地工厂废水排放造成的，这种现象在京城各大区县几乎都有。通州就是其中一个比较明显的地方，虽然这些年通州在现代化建设方面做得比较好，但是那里是污水灌溉时间比较长的地区，过去的污水中重金属含量往往较高，浇灌土壤后容易产生污染。 这些含有超标重金属的废水一旦排到干净下游，就会污染大片水源。由于这种受重金属污染的水在颜色、气味等方面与正常水没有差别，农民根本看不出来，一旦用这些水来灌溉，必然会让土壤及农作物成为重金属污染对象。人吃了在重金属污染的土壤上种出来的农作物，很容易受到重金属的毒害。普通的清洗或烹调对清除农作物中的重金属作用都不大。 既然重金属污染危害这么大，那么那些受到重金属污染的蔬菜水果我们能不能通过多浸泡、多清洗或多煮来去除重金属呢？陈同斌博士表示，这些效果都不大，因为重金属污染是从植物根系中上来的，它存在于植物的体内，不像农药那样大部分都喷洒在农作物表面，多洗就可以清除干净。 有一种比较可行的办法就是注意选购一些蔬菜品种，比如生菜、莴苣容易富集镉，可以尽量少食。另外，叶类菜是所有蔬菜中最容易受重金属污染的，最好也要少食用。 种堇菜、蜈蚣草可以有效治理土壤中的重金属污染问题。
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