便攜式XRF儀現(xiàn)場快速測定土壤中Pb的可行性研究

柳偉　許偉　孫東　趙松江

摘要便攜式XRF分析儀具有輕便、快速和可測對象較多與測量元素較廣等特點而廣泛應(yīng)用于礦石、土壤等方面快速檢測，但土壤的現(xiàn)場快速測定結(jié)果的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步研究與探討。以安寧河谷平原土壤中Pb為研究對象，通過對便攜式XRF儀現(xiàn)場快速檢測結(jié)果與實驗室分析結(jié)果的對比和影響因素的分析，建立基于安寧河谷平原表層土壤快速測定結(jié)果的線性函數(shù)為y=1.170 9x-17.326 0（R2=0992 9，x為現(xiàn)場檢測結(jié)果），探討其影響因素，為該區(qū)域表層土壤中Pb快速檢測結(jié)果提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞便攜式XRF儀；現(xiàn)場快速測定；土壤；Pb

中圖分類號S151.9+3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2017）33-0115-03

Discussion on Feasibility of Rapid Testing of Pb in Soil by Portable XRF Analyzer in Field

LIU Wei1，2，XU Wei1，SUN Dong1，2，ZHAO Songjiang1*

（1.Chengdu Center of Hydrogeological and Engineering Geological，Sichuan Bureau of Gelogy & Mineral Resources， Chengdu，Sichuan 610081；2.Sichuan Environmental Protection Groundwater Pollution Control Engineering Technology Centre，Chengdu，Sichuan 610081）

AbstractPortable XRF analyzer was light， and it can measure many elements quickly， so that it's widely applied in rapid testing of ore， soil， and so on， but the accuracy of testing results of soil in field need further research. The Pb content in soil of Anning River Plain was researched. Through contrasting the rapid testing results by portable XRF in field and the testing results in laboratory， and influence factors of the differences were analyzed， the linear function of testing results of Pb content in soil was established based on Anning River Plain as y=1170 9x-17.326 0（R2=0.992 9， xtesting result in field）.The research can provide basis for the rapid testing of Pb in topsoil in this area.

Key wordsPortable XRF analyzer；Rapid testing in field；Soil；Pb

便攜式 XRF（X ray fluorescence，X 射線熒光光譜）分析儀是一種快速半定量元素分析儀，其可快速測定巖礦、土壤、金屬材料中自磷到鈾的周期表元素的含量（總量）。由于具有輕便、快速、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、可測對象較多與測量元素廣泛等特點，而廣泛應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)普查巖礦樣品快速分析、土壤中重金屬快速分析等領(lǐng)域[1]。但該類快速分析結(jié)果定量分析、其準(zhǔn)確性及替代實驗室分析結(jié)果的可行性方面研究較少，其真正意義上的快速與準(zhǔn)確的檢測有待進(jìn)一步探討與研究。鑒于此，筆者以安寧河谷平原土壤中Pb為試驗對象，通過對便攜式XRF儀現(xiàn)場快速檢測結(jié)果與實驗室分析結(jié)果的對比和影響因素的分析，探討便攜式XRF儀在現(xiàn)場快速準(zhǔn)確測定土壤中Pb含量的可行性。

1材料與方法

1.1區(qū)域概況

安寧河河谷平原地處四川省西南部，101°00′48″～102°21′15″ E、26°50′25″～28°33′51″N，涉及涼山州的冕寧縣、西昌市、德昌縣和攀枝花市的米易縣。區(qū)內(nèi)交通便利，G5高速與成昆鐵路南北向貫穿全區(qū)，國道108、S214與S307等省道、縣道及鄉(xiāng)村道路組成連接全區(qū)的交通路網(wǎng)，區(qū)內(nèi)交通便利。

1.2儀器

便攜式XRF儀：美國伊諾斯 Innov-X DELTA PMGS型，配置Ta/Au靶大功率微型直板電子X射線管、超大型SDD硅漂移探測器、Peltier恒溫冷卻系統(tǒng)、電壓10～50 kV，電流100～200 μA。

便攜式XRF儀工作原理基于波爾理論，通過對待檢測樣品X射線投射透射，透射能力大于電子的束縛力、內(nèi)層電子被驅(qū)逐而形成原子空穴，處于高能級電子層的電子會向低能級的電子層躍遷、彌補電子空位并以釋放相應(yīng)原子特有的能力（X射線），使得原子重新回到穩(wěn)定的基態(tài)[2-3]。根據(jù)每個元素（原子）釋放的能量（X射線）光譜譜線位置和強度的不同，便攜式 XRF 分析儀利用自身的處理芯片與軟件，以經(jīng)驗基本參數(shù)法將測出的數(shù)據(jù)同標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行擬合，區(qū)分元素種類并計算含量，實現(xiàn)對樣品進(jìn)行測試分析。

1.3試驗方法與數(shù)據(jù)處理

1.3.1樣品采集與處理。

為探討現(xiàn)場快速檢測的關(guān)鍵，以土壤環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（HJ/T 166—2004）為依據(jù)，利用手工鉆等工具在安寧河河谷平原各區(qū)域（臨近與遠(yuǎn)離河流、污染源等）采集表層（0～20 cm）、淺層（20～60 cm）與深層（60～80 cm）的土壤樣品，采集分析表層土壤樣品28組、淺層土壤樣品27組、深層樣品20組。

所采集的樣品用聚乙烯樣品袋盛裝，并在現(xiàn)場用手壓實壓平（盡量避免不平度效應(yīng)），利用便攜式XRF儀進(jìn)行現(xiàn)場快速測定；快速測定完成后，樣品送往具備檢測資質(zhì)的單位進(jìn)行檢測。送往實驗室樣品經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干、磨碎，過尼龍網(wǎng)篩后存放。樣品的混合、 裝袋、 粉碎、研磨等處理都采用陶瓷或瑪瑙用具，土壤樣品的前處理與分析測定都按照國家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，方法及涉及儀器見表1。

1.3.2數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析使用 Excel 2007。

2結(jié)果與分析

2.1可行性探討

對28組表層土壤快速檢測數(shù)據(jù)與實驗室數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果顯示：便攜式XRF儀現(xiàn)場快速檢測數(shù)據(jù)（C0）與實驗室檢測數(shù)據(jù)（C）有較強的線性相關(guān)性，R2=0.992 9，線性函數(shù)為y=1.170 9x-17.326 0（圖1）；淺層土壤樣品（27組）與深層土壤樣品（20組）分析結(jié)果顯示：便攜式XRF儀現(xiàn)場快速檢測數(shù)據(jù)（C0）與實驗室檢測數(shù)據(jù)（C）線性相關(guān)性差，R2分別為0.639 9和0.333 0（圖2、3）。

2.2影響因素

相關(guān)研究表明，便攜式XRF儀在測定過程中主要受測量面的凹凸不平（不平度效應(yīng)）、樣品成分變化（基體效應(yīng)）、礦化不均勻（不均勻效應(yīng)）、濕度的變化（濕度效應(yīng)）4方面影響[4-6]。在利用便攜式XRF儀對土壤開展現(xiàn)場快速檢測前均對土壤樣品進(jìn)行壓實壓平處理，以盡可能減小受測量面的凹凸不平的影響；同時，針對土壤樣品中潛在Pb含量的差異（樣品成分變化），充分選取臨近與遠(yuǎn)離河流及污染源等不同區(qū)域的土壤樣品開展檢測分析對照工作，以盡可能減少樣品成分差異帶來的影響。

鑒于此，該研究主要分析礦化度不均勻（不均勻效應(yīng)）和濕度的變化（濕度效應(yīng)）對便攜式XRF儀現(xiàn)場快速檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。

2.2.1礦化不均勻（不均勻效應(yīng)）。

采集表層、淺層與深層土壤樣品，其中表層土壤（0～20 cm）以耕作層為主，受人類活動影響其礦化不均勻程度最低，淺層與深層土壤受人為擾動較小，并保持原生特征，礦化不均勻程度高，不均勻效應(yīng)顯著。結(jié)果顯示：表層土壤的便攜式XRF儀現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)與實驗室檢測數(shù)據(jù)線性相關(guān)性強，而淺層與深層土壤線性相關(guān)性弱，礦化不均勻?qū)z測結(jié)果的準(zhǔn)確性影響較大。

2.2.2濕度的變化（濕度效應(yīng)）。

以表示現(xiàn)場快速檢測值和實驗室分析結(jié)果間的差異，做差異與含水率之間的回歸分析，結(jié)果顯示：差異同含水率之間的線性相關(guān)性較弱，濕度變化未對現(xiàn)場快速檢測值有顯著的影響（圖4、5、6）。

3結(jié)論

（1）便攜式XRF儀對安寧河谷平原表層土壤的現(xiàn)場快速檢測結(jié)果較為準(zhǔn)確，土壤中Pb含量越高，現(xiàn)場快速檢測結(jié)果越接近實驗室分析結(jié)果，兩者之間符合線性函數(shù)為y=1170 9x-17.326 0（R2=0.992 9），便攜式XRF儀對表層土壤的現(xiàn)場快速檢測有著較強的可行性。

（2）便攜式XRF儀對淺層、深層土壤的現(xiàn)場快速檢測結(jié)果與實驗室分析結(jié)果差異較大，相關(guān)性較弱，其對淺層、深層土壤Pb的現(xiàn)場快速檢測可行性有待進(jìn)一步研究。

（3）便攜式XRF儀對土壤的現(xiàn)場快速檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性主要影響因素為礦化度礦化不均勻（不均勻效應(yīng)），濕度的變化（濕度效應(yīng)）對檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的影響不顯著。

參考文獻(xiàn)

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