手持型x射線元素檢測儀在土壤重金屬檢測中的應用

崔超

摘 ?要：隨著現代科學技術的蓬勃發展，土壤重金屬由傳統單一檢測法向著多種檢測方法聯用發展，同時使用檢測儀器也在向著智能化和自動化發展。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，探討該技術在土壤重金屬檢測中的應用。

關鍵詞：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，儀器自身的調整、檢測環境條件的變化、操作技術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、穩定性高、分析速度快。無損檢測等優點，使得其受到了廣泛關注。特別是近幾十年來，隨著新型探測器的出現、微電子技術的發展、能譜分析方法的持續完善，使得能量色散x射線熒光光譜儀正向著輕便化、對環境友好的方向發展，它在分析領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。它不需要使用光學晶體，而是取決于半導體探測器。

能量色散型x射線熒光光譜儀激發源使用的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，使得其廣泛應用于航空航天、機電設備峰各個領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對檢測中的影響，通過測試發現結果與認定值或者其他方法的分析結果基本吻合。

2手持式x射線熒光光譜儀的應用

金屬制造和加工需要元素級別的精度，但隨著廢金屬貿易全球化、假冒金屬的涌現以及可能存在的不準確材料測試報告，金屬行業中所有參與方——供應商、分銷商、檢驗人員/機構和工業消費者，都面臨這合金共混的風險，合金品級錯誤或不合格可能會造成嚴重的設備故障，這種情況在航空航天工業中很常見。目前國內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格不符的現象，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損壞帶來的潛在危險，因此，在生產過程中對生產設備合金材質的變化進行監控，確保能夠進行安全生產就顯得尤為重要，對于存在一定安全隱患抽樣檢驗來說，關鍵材質進行全檢代替抽檢時安全生產的保證。其針對的主要是金屬冶煉、航天航空等領域的安裝材料附件，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生嚴重的安全事故，用手持式x射線熒光光譜儀對產生“點·射”的操作，僅需測試1～2g，合金等級拍好緊盯結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質量保證與質量控制

金屬合金成分檢測的質量保證和控制對產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中，對于原材料、半成品和成品的質量保證和質量控制至關重要，幾種材料的混用或使用不合格材料都會給企業帶來不必要的損失，例如在為了保證航空發動機的推力、推重比一級可靠性，生產中采用了內部結構復雜、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——服務中心——分銷商，零件加工——成品組裝，因為潛在的原材料混料現象的存在，會優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。已成為質量體系中材料的確認、半成品材料的檢驗、成品材料的復檢的首選儀器。

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。濃分后的土樣經風干后，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.試驗結果與討論

5.1樣品分析結果

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，具體分析結果詳見式κ射線土壤檢測結果和表②國標方法檢測結果。計算手持式κ射線土壤檢測結果與國標方法檢測結果的相對偏差，具體計算結果見表3。從表3可以得出，比對試驗結果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%，測量結果D=64.3±3.6。

結論：

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點在重金屬檢測領域得到廣泛應用，特別是在土壤重金屬檢測中發揮了重要的作用。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。綜述了國內外X射線熒光光譜分析法應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、模型方法優化和X射線熒光土壤重金屬檢測儀研制與應用等方面進行了重點介紹。在檢測模型分析方面，發現采用神經網絡與遺傳算法結合算法，可以大幅度提高模型的實用性;檢測儀器的研發趨勢為小型化、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用前景。

參考文獻

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