手持型x射線元素檢測儀在土壤重金屬檢測中的應(yīng)用

崔超

摘 ?要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，土壤重金屬由傳統(tǒng)單一檢測法向著多種檢測方法聯(lián)用發(fā)展，同時使用檢測儀器也在向著智能化和自動化發(fā)展。手持式x射線熒光光譜儀儀器體積小、分析速度快、精度高、體積輕等特點，被廣泛應(yīng)用于金屬材料的檢測，文章簡單闡述了手持式x射線熒光光譜分析技術(shù)，探討該技術(shù)在土壤重金屬檢測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：手持型x射線元素檢測儀;土壤重金屬;檢測方法

引言

目前，在實驗室或者工作現(xiàn)場對金屬材料進行快速定性和半定量分析，確定金屬中所含的成分，便攜式的儀器主要采用的是手持式看譜鏡和手持式熒光光譜儀，是快速鑒別金屬牌號、快速鑒別并區(qū)分混合在一起的合金鋼與其他金屬材料，并且分析迅速、體積小、移動方便等優(yōu)點。但是手持式的看譜鏡的分析具有一定的限制性;其職能對材料中是否含有的某一兩種特定的原色進行鑒定，而不能檢測分析材料中的所有元素，尤其是材料不均勻時更是如此，儀器自身的調(diào)整、檢測環(huán)境條件的變化、操作技術(shù)的熟練程度以及人眼睛對光的敏感程度等因素都會對分析結(jié)果造成極大影響，對操作人員的要求很高。

手持式x射線熒光光譜儀由于具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性高、分析速度快。無損檢測等優(yōu)點，使得其受到了廣泛關(guān)注。特別是近幾十年來，隨著新型探測器的出現(xiàn)、微電子技術(shù)的發(fā)展、能譜分析方法的持續(xù)完善，使得能量色散x射線熒光光譜儀正向著輕便化、對環(huán)境友好的方向發(fā)展，它在分析領(lǐng)域也會變得更加可靠和方便。

1手持式x射線熒光光譜儀的介紹

目前，手持式x射線熒光光譜儀基本上都是能量色散型x射線光譜儀。能量色散x射線光譜儀利用熒光x射線具有不同的能量特性，并對其進行利用熒光x射線具有不同的能量特性，并對其進行分離和檢測。它不需要使用光學(xué)晶體，而是取決于半導(dǎo)體探測器。

能量色散型x射線熒光光譜儀激發(fā)源使用的x-射線管功率較低，它的使用使得儀器價格大大降低，儀器體積小，便攜性提高，使得其廣泛應(yīng)用于航空航天、機電設(shè)備峰各個領(lǐng)域的金屬材料元素精確定量分析。屈華陽等采用手持式x熒光光譜儀對鉛鋅礦進行含量分析，通過實驗方法檢測標準樣品和礦石實際樣品中的鉛、鋅、銅、鉬等元素含量，測定值與認定值測定結(jié)果基本相符合。梁爽等采用手持式x射線熒光光譜儀建立了快速、簡便測試Cu元素的分析方法。李傳啟等研究了手持式x-射線熒光光譜儀金屬材料狀態(tài)對檢測中的影響，通過測試發(fā)現(xiàn)結(jié)果與認定值或者其他方法的分析結(jié)果基本吻合。

2手持式x射線熒光光譜儀的應(yīng)用

金屬制造和加工需要元素級別的精度，但隨著廢金屬貿(mào)易全球化、假冒金屬的涌現(xiàn)以及可能存在的不準確材料測試報告，金屬行業(yè)中所有參與方——供應(yīng)商、分銷商、檢驗人員/機構(gòu)和工業(yè)消費者，都面臨這合金共混的風(fēng)險，合金品級錯誤或不合格可能會造成嚴重的設(shè)備故障，這種情況在航空航天工業(yè)中很常見。目前國內(nèi)和國外都有多款用于金屬分析的手持式x射線熒光光譜儀。主要應(yīng)用如下：

2.1合金材料鑒別

對于合金材料存在的不合格或者規(guī)格不符的現(xiàn)象，防止其使用是極其重要的。過去的三十年中，諸多嚴重的事故使人們認識到合金材料得混料與管道系統(tǒng)損壞帶來的潛在危險，因此，在生產(chǎn)過程中對生產(chǎn)設(shè)備合金材質(zhì)的變化進行監(jiān)控，確保能夠進行安全生產(chǎn)就顯得尤為重要，對于存在一定安全隱患抽樣檢驗來說，關(guān)鍵材質(zhì)進行全檢代替抽檢時安全生產(chǎn)的保證。其針對的主要是金屬冶煉、航天航空等領(lǐng)域的安裝材料附件，來料檢驗，庫存材料管理，防止把料弄混或使用不合格的材料會產(chǎn)生嚴重的安全事故，用手持式x射線熒光光譜儀對產(chǎn)生“點·射”的操作，僅需測試1～2g，合金等級拍好緊盯結(jié)果就可以顯示在顯示屏上，在多花幾秒鐘的時間就可以獲得更精確的成分分析結(jié)果。對于表面相對干凈的合金樣品，不需要對其進行制備，也無需考慮形狀和大小，可以直接將分析儀與樣品接觸，然后一個簡單的扳機操作，就可以對其進行測試了。

2.2質(zhì)量保證與質(zhì)量控制

金屬合金成分檢測的質(zhì)量保證和控制對產(chǎn)品的可靠性和安全性是具有重要意義的。并且在金屬制造行業(yè)中，對于原材料、半成品和成品的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制至關(guān)重要，幾種材料的混用或使用不合格材料都會給企業(yè)帶來不必要的損失，例如在為了保證航空發(fā)動機的推力、推重比一級可靠性，生產(chǎn)中采用了內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件的加工的精度要求十分苛刻的合金、這些貴重或關(guān)鍵部件及機械的制造商和安裝人員在了解這些部件及機械裝置使用了正確牌號合金的情況下，便不用擔(dān)心安全問題，盡管可能不知道材料的來源。所以從金屬制品的流程來看，生產(chǎn)——服務(wù)中心——分銷商，零件加工——成品組裝，因為潛在的原材料混料現(xiàn)象的存在，會優(yōu)先考慮快速無損的檢測方式，所以手持式XRF光譜分析儀被廣泛用于從小型金屬材料加工廠到大型的飛機制造商的各種制造業(yè)。已成為質(zhì)量體系中材料的確認、半成品材料的檢驗、成品材料的復(fù)檢的首選儀器。

3儀器

實驗儀器：手持式x射線元素檢測儀，

產(chǎn)自賽默飛尼通;

4樣品制備

將采集的土壤樣品混勻后用四分法濃分至100g。濃分后的土樣經(jīng)風(fēng)干后，除去土樣中石子和動植物殘體等異物，用木棒研壓，通過2mm尼龍篩，混勻后備用。

5.試驗結(jié)果與討論

5.1樣品分析結(jié)果

試驗共采集6個樣品，分別以試驗方法手持式x射線元素檢測儀和國標方法對土壤中Pb、Cu、Zu、As進行檢測，具體分析結(jié)果詳見式κ射線土壤檢測結(jié)果和表②國標方法檢測結(jié)果。計算手持式κ射線土壤檢測結(jié)果與國標方法檢測結(jié)果的相對偏差，具體計算結(jié)果見表3。從表3可以得出，比對試驗結(jié)果Pb的相對偏差范圍為-6.0%～24.9%，As的相對偏差范圍為-101.4%～199.96，Zn的相對偏差范圍為-9.49%～38.1%，Cu的相對偏差范圍為-19.8%～4.0%，N1的的相對偏差范圍為53.7%～139.5。

4.2手持式X射線元素檢測儀不確定度試驗隨機對同一樣品連績進行10次測定，得出Pb的不確定度Ue=3.2，相對不確定度Ur=2。，測量結(jié)果D=128.1±3.2;As的不確定度Uc=2.4，相對不確定度Ur=7。所，測量結(jié)果D=31.8±2.4;Pb的不確定度Uc=3.2，

相對不確定度Ur=2.5，測量結(jié)果D=128.1±3.2;Zn的不確定度Uc=13.5，相對不確定度Ur=2.7%，測量結(jié)果D=495.2±13.5;Cu的不確定度Uc=5.0，相對不確定度Ur=5.8%，測量結(jié)果D=87.2±5.0;Zn的不確定度Uc=3.6，相對不確定度Ur=5.6%，測量結(jié)果D=64.3±3.6。

結(jié)論：

X射線熒光光譜分析法以快速、無損、分析成本低且可多元素同時分析和原地檢測的優(yōu)點在重金屬檢測領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是在土壤重金屬檢測中發(fā)揮了重要的作用。本研究簡要闡述了X射線熒光光譜分析法檢測土壤重金屬的基本原理。綜述了國內(nèi)外X射線熒光光譜分析法應(yīng)用于土壤重金屬檢測方面的研究進展，分別對X射線熒光光譜分析法在土壤重金屬檢出限、模型方法優(yōu)化和X射線熒光土壤重金屬檢測儀研制與應(yīng)用等方面進行了重點介紹。在檢測模型分析方面，發(fā)現(xiàn)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與遺傳算法結(jié)合算法，可以大幅度提高模型的實用性;檢測儀器的研發(fā)趨勢為小型化、多功能化、智能化，方便快捷和檢測精度提升。最后展望了X射線熒光光譜分析法在土壤重金屬檢測中的應(yīng)用前景。

參考文獻

[1] ?陳儀，唐瑋瑋.危險廢物綜合利用環(huán)境影響評價探討：以含重金屬污泥為例[J]綠色科技，2016（6）。