X射線熒光光譜技術在水質重金屬在線監測儀中的應用

王云鳳

（甘肅省地質礦產勘查開發局第四地質礦產勘查院，甘肅 酒泉 735000）

隨著工業的快速發展，重金屬污染日益嚴重，嚴重的威脅著人類的生存安全，阻礙了社會經濟正常發展進程。眾所周知，水質重金屬污染是難以治理的，主要體現在三個方面：一是重金屬元素以“惰性”為主，難以借助化學物質之間化學反應清除；二是水體流動速度較快，導致化學反應未進行或者進行不徹底就已經被水體沖散或稀釋掉；三是水體量龐大，在水體中加入與之對應的反應物時因水流過快等原因而無法確定加入量的多少，限制了重金屬元素與其他物質之間的反應[1]。因此，加強水質污染源的監控與管理至關重要，而進行準確把控重金屬污染物質來源的技術就是重金屬檢測技術。本文以X射線熒光光譜技術為研究對象，分析其在水質重金屬在線監測儀中的應用。

1 重金屬在線監測儀發展現狀

水體是重金屬污染擴散的重要媒介，電力企業、電池企業以及冶金等行業是重金屬污染的主要源頭，在工業生產廢水中含有不同濃度的重金屬元素，因此，也是有效控制重金屬元素污染急需關注的重點對象。隨著國家以及社會群體對重金屬元素污染認知的深入，逐步加大了重金屬排放標準的制定等力度，督促上述企業加強重金屬污染處理，只有重金屬含量達標的企業才能排放工業廢水。此時，為了進行動態監測廢水中重金屬含量變化，應具有靈敏度高的在線監測儀器，方便企業在線檢測。

通過市場調查發現，目前常見的重金屬廢水在線監測使用率最高的依然是傳統的化學比色法，該方法在現階段排水要求中存在如下不足：①該方法是在檢測前期加入反映藥劑、顯色藥劑、掩蔽藥劑等，使得被測水體的顏色顯示出來，再根據水體所呈現的顏色深淺變化來判斷水體中重金屬元素的含量以及濃度大小，該種方法雖然可以起到檢測的作用，但是檢測靈敏度較低，屬于間接檢測方法，并且檢測早期加入的各種添加藥劑隨著廢水排除，對水體進行二次污染；②該種方法在檢測過程中容易受到檢測環境的影響，如被檢測樣品中顆粒物的含量、被測水體色度以及其他元素的影響，通常要經過預處理才能進行過濾式取樣，因此所獲得的數據是不準確的，即所測樣品的代表性不足以反映被檢測水體的真實狀況；③添加藥劑的精準控制較難，水體中重金屬元素含量的多少是無法準確估計的，因此，所加入的反映藥劑、顯色藥劑、掩蔽藥劑等是無法準確計算的，在檢測過程中常出現加入藥劑過量或不足的現象，因此最后所獲得的檢測數據是不可靠的[2]；④每次獲取樣品、檢測、得出數據的過程較長，所獲數據沒有代表性和實時性，因此，所獲數據是片面的。

綜上所述，傳統的化學比色法檢測方法存在較大的缺陷，已經不足以滿足當前社會市場的實際需求（表1），因此，探索一套符合實際需求的快速、準確的在線檢測技術是亟待面對的問題。基于此，本文嘗試分析X射線熒光光譜技術在水質重金屬在線監測儀中的應用效果。

2 X射線熒光光譜的水質重金屬在線監測儀結構分析

將X射線熒光光譜技術應用于水質重金屬在線監測儀中，其系統結構主要包括以下幾個幾個單元，即進樣單元、檢測單元、分析單元、控制單元、清洗單元。其中分析單元主要針對檢測單元發出的指令進行測試樣品的分析，而控制單元主要控制進樣單元、檢測單元、分析單元的運行狀況，清洗單元主要與檢測單元相互連通，主要是用于清晰檢測單元在檢測過程中的殘留物質，防止影響下一組檢測結果。檢測單元主要由X射線源、檢測池、熒光信號檢測器等組成。X射線源照射至常溫物體表面受到光照時，使得物體內部的微粒活性增強，促使微粒在物體表面的形態以及運動規律發生改變，在轉變過程中，微粒就會發出一種光線，即熒光，隨著重金屬元素含量的增加，熒光的亮度越強[3]。分析單元包括數據的采集以及運算電路板、信號處理器、輸入輸出接口等，其中輸入接口與熒光信號檢測器相互連接，在完成檢測分析后，處理后的檢測數據就通過輸出接口傳遞至控制單元中心。系統控制單元和通訊單元組成了控制單元，前者以接受分析單元傳遞數據后，借助通訊單元的遠程通訊功能傳遞信息。此外，重金屬在線監測儀中含包含了檢測數據查詢、遠程通訊、參數設置等基本功能。

表1 常見重金屬檢測方法特征對比統計表

3 重金屬在線監測儀的工作流程

在使用重金屬在線監測儀過程中要嚴格按照儀器的操作步驟進行，不僅可以獲得相對穩定的檢測數據，更能延長監測儀的使用壽命。重金屬在線監測儀的工作流程主要包含以下幾個方面的內容：①啟動在線監測儀的水泵，等待被測水樣進入流通管路到達送樣單元內部，并經過粗過濾初步處理水樣，清除水體中大顆粒的泥沙等雜質；②采樣泵一將粗過濾后的被測水樣輸送至調壓閥一和切換閥中，在輸送至檢測池中，等檢測流程進行完成后，將檢測后的水樣從排放口排除；③X射線源照射通過的被測樣品，熒光接收器就可以獲得水樣中重金屬物質激發的熒光光譜；④當熒光信號檢測器接收到金屬物質激發出來的熒光信號后，通過信號處理運算單元，將熒光光譜變化轉化為重金屬元素的含量，并返回至控制單元，通過輸出接口輸出檢測數據[3]；⑤控制單元在接受運算單元反饋回來的數據后，將其上傳至通訊顯示平臺中，便于相關部門對檢測狀況的動態監管；⑥在檢測完成后，啟動清洗單元，清洗水樣經過的所有設備。

4 X射線熒光光譜的水質重金屬在線監測儀的應用效果分析

與傳統的化學比色法在線檢測方法以及其他檢測方法相比，X射線熒光光譜的水質重金屬在線監測儀的應用效果較好，主要表現在以下幾個方面：

（1）X射線熒光光譜的水質重金屬在線監測儀的自動化程度明顯高于傳統的化學比色法，被檢測樣品經過進樣單元依次輸送至檢測單元和分析單元，而控制單元分別對分析單元、檢測單元以及進樣單元進行管控，因此，該技術具有較為先進的自動化技術，能夠獲得實時動態監測數據。此外，在重金屬污染檢測過程中無需添加反映藥劑、顯色藥劑、掩蔽藥劑等，可以直接通過檢測而獲得動態數據，能夠更為精確的反映出被測水樣中重金屬元素的含量變化規律。

（2）X射線熒光光譜的水質重金屬在線監測儀所獲得檢測數據具有較好的穩定性和準確性，被測水樣經過檢測池時，僅清除了大顆粒的砂石等雜質，基本未改變廢水中顆粒污染物的含量，因此所獲數據具有較好的代表性和準確性。此外，檢測過程中無需添加任何添加藥劑，所以所獲數據具有較高的穩定性。

（3）X射線熒光光譜的水質重金屬在線監測儀的原理是借助X射線源照射被測水樣，激發水樣中的重金屬元素發生出相應的熒光，再通過熒光信號檢測器接收并分析轉換為相應的含量，因此，該設計系統具有較高的穩定性能，基本不受被測水樣中漂浮物質、水體渾濁度等的影響，進而確保了所測數據的可靠性。

（4）基本實現了測試數據實時動態監測和數據共享平臺，檢測完成后，檢測單元將所獲數據反饋至控制中心，控制中心在接收數據后將其上傳至遠程通訊顯示平臺中，不僅便于所測企業單位及時查看，更方便于上級主管單位的動態監控，為促進廢水凈化處理提供保障。

（5）與傳統的化學比色法相比，X射線熒光光譜的水質重金屬在線監測儀的應用過程中未加入任何添加藥劑，不會對環境產生二次污染。

5 結語

綜上所述，隨著我國社會經濟的快速發展，重金屬污染問題日益突出，如何加強重金屬排放企業廢水中重金屬含量監測工作是當前亟待解決的問題。傳統的化學比色法已逐漸不適用于現代社會發展的基本需求，且所獲檢測數據不足以代表被測水樣的真實狀況，因此，本文嘗試探索X射線熒光光譜的水質重金屬在線監測儀的應用，為推動水質重金屬在線監測儀的發展提供幫助。