便攜式XRF土壤重金屬快速分析儀在土壤檢測(cè)中的應(yīng)用
近年來(lái)，重金屬污染事故頻發(fā)，如陜西鳳翔兒童血鉛超標(biāo)、山東臨沂污染事件、湖南瀏陽(yáng)鎘污染事件、紫金礦業(yè)污染事件、廣西龍江鎘污染事件等。這些重金屬污染事件不但給社會(huì)帶來(lái)了重大的經(jīng)濟(jì)損失也威脅著人們的健康生活，也引起相關(guān)環(huán)保部門的高度重視，同時(shí)把重金屬污染，深化重金屬監(jiān)測(cè)工作擺在了更加緊迫、更加重要的位置上。目前，由環(huán)保部牽頭制定的《全國(guó)土壤環(huán)境保護(hù)“十二五”規(guī)劃》已進(jìn)入審批程序，該規(guī)劃預(yù)計(jì)將帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)總投資達(dá)數(shù)千億元。
與此同時(shí)，2015年12月14日環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了土壤和沉積物環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)HJ 780 -2015——《土壤和沉積物 無(wú)機(jī)元素的測(cè)量波長(zhǎng)色散X射線熒光光譜法》。此標(biāo)準(zhǔn)2016年2月1日?qǐng)?zhí)行。此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)25種無(wú)機(jī)元素和7中氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍提出了要求。針對(duì)這一標(biāo)準(zhǔn)，天瑞儀器推出便攜式X射線熒光光譜儀，能夠快速、準(zhǔn)確地分析土壤中金屬元素，K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Y、Ba、Sr、Br、Th、Pb、As和Zr元素的檢出限和定量限完全滿足HJ 780-2015環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)要求。
X射線熒光光譜法測(cè)試原理：
X射線熒光光譜法是一種現(xiàn)代儀器分析方法，通過(guò)X射線管產(chǎn)生入射X射線（一次X射線），激發(fā)被測(cè)樣品；受激發(fā)的樣品中的每一種元素會(huì)發(fā)出特征X射線（二次X射線）——這種特征X射線具有特定的能量和波長(zhǎng)特性（莫塞萊定律），這些放射出來(lái)的二次X射線的能量及數(shù)量被探測(cè)系統(tǒng)測(cè)量，通過(guò)配套軟件將這些射線轉(zhuǎn)化為樣品中各種組分元素的具體含量。
1 儀器測(cè)試方法
圖1 X射線熒光分析流程圖
1.1 設(shè)備及試劑
設(shè)備：X射線熒光光譜儀一臺(tái)explorer5000；電子天平一臺(tái)（精度0.01g）；自動(dòng)壓片機(jī)一臺(tái)（壓力不小于40T）；鼓風(fēng)干燥箱一臺(tái)；振動(dòng)磨一臺(tái)；非金屬樣品篩（200目）
試劑： 粉末（分析純）；土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；土壤樣品
1.2 樣品的采集、保存和前處理
土壤樣品的采集和保持按照HJ/T166執(zhí)行，樣品的風(fēng)干或烘干按照HJ/T166相關(guān)規(guī)定進(jìn)行操作，樣品研磨后過(guò)200目篩，于105℃烘干備用。
用電子天平稱量5.00g過(guò)篩（200目）的土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或樣品和12.00g粉末（鑲邊材質(zhì)），稱量誤差±0.05g。然后放入壓片機(jī)中壓片成型，壓力30T（壓力范圍20～30T）,保壓時(shí)間30s。
1.3 工作曲線的建立和樣品分析
設(shè)定適當(dāng)?shù)臏y(cè)量條件，使用EDX3200S PLUS掃描標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（簡(jiǎn)稱標(biāo)樣）GSS-1～GSS-15，建立土壤標(biāo)樣中關(guān)注元素含量與強(qiáng)度的線性工作曲線。然后，對(duì)未知樣品進(jìn)行測(cè)量。
2. 測(cè)量及數(shù)據(jù)分析
2.1 土壤中關(guān)注的金屬元素及氧化物檢出限測(cè)量
EDX 3200S PLUS 配有三組濾光片，根據(jù)土壤中關(guān)注元素的特性，設(shè)置測(cè)試條件。用土壤標(biāo)樣GSS-1-GSS-15標(biāo)定儀器，建立環(huán)境土壤工作曲線。在環(huán)境土壤工作曲線下，使用高純SiO2 做空白基體，連續(xù)測(cè)試11次，根據(jù)檢出限公式： 3倍的空白基體的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以儀器的靈敏度
終獲得EDX 3200S PLUS測(cè)量土壤樣品的方法檢出限，如下表所示
表1 土壤樣品中金屬元素及氧化物的檢出限
序
元素/化合物
國(guó)標(biāo)要求 檢出限
儀器檢出限
判定
1
K2O
0.0
72.2
滿足
2
CaO
2700.0
39.3
滿足
3
Ti
.0
6.7
滿足
4
V
12.0
1.1
滿足
5
Cr
9.0
3.6
滿足
6
Mn
30.0
2.2
滿足
7
Fe2O3
0
6.6
滿足
8
Co
4.8
0.13
滿足
9
Ni
4.5
1.2
滿足
10
Cu
3.6
2.4
滿足
11
Zn
6.0
3.26
滿足
12
Ga
6.0
1.76
滿足
13
As
6.0
6.0
滿足
14
Br
3.0
1.3
滿足
15
Rb
6.0
1.0
滿足
16
Sr
6.0
1.3
滿足
17
Y
3.0
1.2
滿足
18
Zr
6.0
1.8
滿足
19
Pb
6.0
6.0
滿足
20
Th
6.3
2.4
滿足
21
Ba
35.1
13.5
滿足
注：
1、Co受Fe元素Kb嚴(yán)重干擾，通過(guò)公式得出極低檢出限是有一定的偏差。
2、由于這個(gè)型儀器沒(méi)有抽真空（或充氦氣），所以沒(méi)有做輕元素如Na2O、MgO、Al2O3和SiO2等。而La、Ce、Hf受散射本底影響無(wú)法得到有效譜，P、S、Cl在土壤標(biāo)樣中都是高含量，沒(méi)有合適的低含量標(biāo)樣，主要的原因是受本底影響很大，譜圖不規(guī)則，均沒(méi)有考慮。
3. 滿足國(guó)標(biāo)的元素有K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Y、Ba、Sr、Br、As、Pb、Th和Zr。
手持式X熒光光譜儀 屬于江蘇天瑞儀器股份有限公司的產(chǎn)品，設(shè)備采用了能量色散X射線熒光光譜技術(shù)實(shí)現(xiàn)土壤中微量金屬有害元素的快速檢測(cè)，設(shè)備采用了的探測(cè)器和激發(fā)源等硬件配置。
本產(chǎn)品除了測(cè)量土壤和水系沉積物外，還可以用于稻米、小麥、谷物、**等作物中的重元素鎘（Cd）、鉛（Pb）、（As）和硒（Se）的快速無(wú)損檢測(cè)。
性能參數(shù)
產(chǎn)品型：Explorer5000
產(chǎn)品名稱：X熒光光譜儀
測(cè)量元素范圍：從鈉（S）到鈾（U）
元素含量分析范圍： ppm—99.99%（不同元素，分析范圍不同）
同時(shí)分析元素：一次性可測(cè)幾十種元素
測(cè)量時(shí)間：60秒-300秒
探測(cè)器能量分辨率為：可達(dá)125eV
管壓：5KV-70KV
管流：50μA-1000μA
測(cè)量對(duì)象狀態(tài)：粉末、固體、液體
輸入電壓：AC 110V/220V
環(huán)境溫度：15℃-30℃
環(huán)境濕度：35%-70%
外形尺寸：380mm×360mm×418mm
性能特點(diǎn)
超薄窗X光管，指標(biāo)達(dá)到國(guó)際水平
新的數(shù)字多道技術(shù)，讓測(cè)試更快，計(jì)數(shù)率達(dá)到0cps，精度更高。
FastSDD硅漂移探測(cè)器，良好的能量線性、能量分辨率和能譜特性，較高的峰背
自動(dòng)穩(wěn)譜裝置保證了儀器工作的一致性
高信噪比的電子線路單元
針對(duì)不同元素自動(dòng)切換濾光片，免去手工操作帶來(lái)的繁瑣
解譜技術(shù)使譜峰分解，使被測(cè)元素的測(cè)試結(jié)果具有相等的分析精度
多參數(shù)線性回歸方法，使元素間的吸收、增強(qiáng)效應(yīng)得到明顯的抑制
儀器具備安全許可證，且對(duì)設(shè)備進(jìn)行三重X射線屏蔽設(shè)計(jì)，保證了環(huán)境下無(wú)泄漏，讓測(cè)試人員安全放心的使用
硬件聯(lián)動(dòng)裝置，權(quán)限安全鎖，保證軟件失效的情況下還能對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，保證設(shè)備在使用中的安全無(wú)放射
標(biāo)準(zhǔn)配置
超薄窗X光管
Fast SDD硅漂移探測(cè)器
數(shù)字多道技術(shù)
光路增強(qiáng)系統(tǒng)
高信噪比電子線路單元
自動(dòng)切換濾光片
自動(dòng)穩(wěn)譜裝置
三重安全保護(hù)模式
相互的基體效應(yīng)校正模型
多變量非線性回歸程序
應(yīng)用案例
圖3 土壤樣品的熒光譜圖
土壤樣品的測(cè)試結(jié)果：
樣品名稱
K2O
CaO
Ti
V
Cr
Mn
Fe2O3
Co
Ni
Cu
土壤樣品
3.34
1.33
3976
35.8
32.1
276
2.16
12.4
8.6
6.4
樣品名稱
Zn
Ga
As
Rb
Sr
Y
Zr
Pb
Th
Ba
土壤樣品
41.3
24.3
12.5
101
286
17.6
296
12.2
12.1
685
注：氧化物的單位為 %，元素的單位為mg/kg。
附件：儀器的安裝和運(yùn)營(yíng)環(huán)境
一、實(shí)驗(yàn)室總體設(shè)計(jì)：
按照樣品測(cè)試、樣品前處理的特點(diǎn)設(shè)立各個(gè)分室，應(yīng)建立樣品測(cè)試室與樣品前處理室?？茖W(xué)地布置和安放儀器設(shè)備，布置電力線路，合理的采光、自然通風(fēng)和照明。
布置示意圖：樣品測(cè)試室如下，具體要求見(jiàn)下方儀器安裝儀器條件。
二、工作環(huán)境要求
2.1 環(huán)境溫度：10℃-35℃
2.2 相對(duì)濕度：小于70%
2.3 電源：AC 220V（如電網(wǎng)波動(dòng) ≥ 10%，則需配交流穩(wěn)壓器(1kw以上）。
2.4 房間：無(wú)腐蝕性氣體，無(wú)機(jī)械振動(dòng)，無(wú)電磁場(chǎng)干擾。
附件:
土壤、水系沉積物環(huán)境新標(biāo)準(zhǔn)要求（HJ780-2015）
表2 測(cè)定元素分析方法檢出限和測(cè)定下限
序
元素/化合物
檢出限
測(cè)定下限
序
元素/化合物
檢出限
測(cè)定下限
1
（As）
2.0
6.0
17
硫（S）
30.0
90.0
2
鋇（Ba）
11.7
35.1
18
鈧（Sc）
2.4
6.6
3
溴（Br）
1.0
3.0
19
鍶（Sr）
2.0
6.0
4
鈰（Ce）
24.1
72.3
20
釷（Th）
2.1
6.3
5
氯（Cl）
20.0
60.0
21
鈦（Ti）
50.0
.0
6
鈷（Co）
1.6
4.8
22
釩（V）
4.0
12.0
7
鉻（Cr）
3.0
9.0
23
釔（Y）
1.0
3.0
8
銅（Cu）
1.2
探險(xiǎn)者EXPLORER手持式X熒光光譜儀是天瑞儀器結(jié)合10年手持便攜式研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，集中了光電子、微電子、半導(dǎo)體和計(jì)算機(jī)等多項(xiàng)技術(shù)，研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的，全新一代手持XRF產(chǎn)品。EXPLORER 5000手持式XRF合金分析儀是先使用全新大屏高分辨率液晶顯示屏及新型數(shù)字多道數(shù)據(jù)處理器的便攜式手持合金分析儀。的檢出限使手持式分析儀的性能媲美臺(tái)式機(jī)；儀器體積小，重量輕，可隨身攜帶進(jìn)行測(cè)量，適用于各類型合金樣品的分析。
儀器應(yīng)用領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用案例：
擁有500多種牌的智能合金庫(kù)
EXPLORER 5000 可準(zhǔn)確檢測(cè)各種貴金屬合金、高低合金鋼、不銹鋼、工具鋼、鉻/鉬鋼、鎳合金、鈷合金、鎳/鈷耐熱合金、鈦合金、銅合金、青銅、鋅合金、鎢合金等，無(wú)損檢測(cè)，1秒鐘即可知曉材料的成分及合。還可對(duì)鋁、鎂輕合進(jìn)行快速，并可對(duì)材料進(jìn)行可靠性鑒別(PMI)和確認(rèn)，掌控材料品質(zhì)。
材料可靠性鑒別
在合金材料生產(chǎn)、機(jī)械設(shè)備加工制造過(guò)程中，對(duì)于材料的辨識(shí)與元素檢測(cè)是不可分割的。
工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的品質(zhì)控制
EXPLORER 5000 無(wú)損檢測(cè)可用于鋼鐵冶煉、鍋爐等高溫高壓行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的品質(zhì)控制與管理，確保材料品質(zhì)；船舶制造、等高技術(shù)行業(yè)中合金成分的識(shí)別，從而保障產(chǎn)品質(zhì)量與安全；電力電站等有關(guān)國(guó)計(jì)民生行業(yè)中，設(shè)備零部件是否達(dá)標(biāo)，保證設(shè)備安全。
廢舊金屬回收與再利用
針對(duì)廢舊金屬回收與利用行業(yè)，EXPLORER 5000 可以對(duì)大量金屬?gòu)U料進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和快速分類。可用于倉(cāng)庫(kù)積壓鋼材回收；廢品收購(gòu)站金屬分類；車削切屑或刨屑碎片等各個(gè)廢舊金屬回收利用環(huán)節(jié)。是廢舊金屬回收再利用行業(yè)中進(jìn)行金屬識(shí)別、鋼材識(shí)別的有力。
性能優(yōu)勢(shì)
更便捷的操作
1.重量輕，體積小，人體工程學(xué)把手設(shè)計(jì)，配有儀器套，更易抓握，野外使用 更方便。
2.360 °可旋轉(zhuǎn)5寸高清屏，支持多點(diǎn)操控，任何光線下都能清晰顯示。
3.密封式一體設(shè)計(jì)，具備防水防塵功能，可在惡劣環(huán)境下連續(xù)使用。
4.無(wú)需制備樣品，可直接對(duì)待測(cè)物表面進(jìn)行測(cè)定。儀器既可手持進(jìn)行快速測(cè)試，也能使用測(cè)試座對(duì)樣品進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的精細(xì)測(cè)試。
更的性能
1.無(wú)損快速檢測(cè)，對(duì)準(zhǔn)即測(cè)，一秒可報(bào)結(jié)果和合。性能堪比臺(tái)式機(jī)，檢測(cè)效果又快又準(zhǔn)。
2.同時(shí)檢測(cè) 鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、鍺、鋯、鈮、鉬、釕、銠、 鈀、銀、銦、錫、銻、鉿、 鉭、 鎢 、錸、鉑、金、鉛、 鉍、鎂、鋁、硅、磷、硫 元素，并且可以根據(jù)客戶需求進(jìn)行定制再增加元素。
3.超近光路設(shè)計(jì)，儀器無(wú)需充氦氣，可檢測(cè)從Mg開(kāi)始的輕元素，完全可以滿足特定用戶的需求。
更強(qiáng)勁的電力
1.選配超大27000H鋰電池，續(xù)航工作時(shí)間可達(dá)三天。并配備交流和車載充電器，保證電力供應(yīng)。
2.內(nèi)置記憶電池，換電池不斷電。
更的配置
1.微型光管、Fast-SDD探測(cè)器（世界上的探測(cè)器）、微型數(shù)字多道處理器及智能分析模塊核心技術(shù)的引入，使其具有臺(tái)式相近的測(cè)試精度。
2.采用超高主頻及大內(nèi)存，超大存儲(chǔ)空間，可海量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。全新的數(shù)字多道技術(shù)，保證每秒有效采譜計(jì)數(shù)可達(dá)500k cps。
3.準(zhǔn)直濾波系統(tǒng)，其組合達(dá)到極限12組，滿足客戶的不同條件下的檢測(cè)需求。
4.內(nèi)置500W像素高清晰攝像頭，隨時(shí)觀察樣品測(cè)試位置，使測(cè)量更加。
更安全的防護(hù)
1.智能三色預(yù)警系統(tǒng)：LED三色長(zhǎng)燈帶設(shè)計(jì)，360度無(wú)死角顯示。通電開(kāi)機(jī)時(shí)綠燈亮，測(cè)試紅燈閃爍，設(shè)備故障燈閃爍，儀器狀態(tài)，一目了然。
2.三重安全防護(hù)功能：
a: 自動(dòng)感應(yīng)，沒(méi)有樣品時(shí)儀器不工作，無(wú)射線泄漏。
b: 采用加厚防護(hù)測(cè)試壁，有效防止散射。
c: 配送防護(hù)安全罩，防周邊輕基體散射。
3.安全聯(lián)動(dòng)鎖裝置，當(dāng)軟件無(wú)法控制關(guān)閉，輕輕一按，時(shí)間保護(hù)您的安全，守護(hù)后關(guān)卡。
更智能的軟件
1.EXPLORER 5000 合金分析儀配有針對(duì)合金行業(yè)的應(yīng)用軟件，具有智能化、高靈敏度、測(cè)試時(shí)間短、操作簡(jiǎn)易等特點(diǎn)。
2.全新的智能軟件，一鍵智能操作，采用雙模設(shè)計(jì)（用戶模式和模式）。用戶模式一鍵識(shí)別樣品材質(zhì)；模式可進(jìn)行增加元素，增加特定曲線等深入分析操作。
3.內(nèi)置強(qiáng)度校正方法，校正幾何狀態(tài)不同和結(jié)構(gòu)密度不均勻的樣品造成的偏差。
儀器技術(shù)性能數(shù)據(jù)
序
指標(biāo)
描述
1
型
EXPLORER系列手持式X熒光光譜儀
2
分析方法
能量色散X熒光分析方法
3
測(cè)量元素范圍
原子序數(shù)為12～92「鎂（Mg）到鈾（U）】之間的元素均可測(cè)量
4
同時(shí)檢測(cè)元素
可同時(shí)分析40個(gè)元素
5
微電腦系統(tǒng)
工業(yè)定制系統(tǒng), CPU: 1G , 系統(tǒng)內(nèi)存: 1G , 擴(kuò)展存儲(chǔ)支持32G, 標(biāo)配4G, 可以海量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)
6
含量范圍
ppm～99.99%
7
檢測(cè)時(shí)間
1-60秒（一秒報(bào)結(jié)果和牌）
8
內(nèi)置系統(tǒng)
GPS、WIFI、藍(lán)牙
9
電源
可充電鋰電池，標(biāo)配9000h,可持續(xù)工作12小時(shí)；可選配27000h超大電池，配有寬電壓110V～220V通用適配器，可充流供電使用
10
檢測(cè)對(duì)象
固體、液體、粉末
11
探測(cè)器
SDD探測(cè)器及Fast-SDD探測(cè)器（可選）
12
探測(cè)器分辨率
到125eV
13
激發(fā)源
50KV/200uA-銀端窗一體化微型X光管及高壓電源
14
準(zhǔn)直器和濾光片
直徑4.0mm和2.0mm準(zhǔn)直器，6種濾光片組合自動(dòng)切換
15
視頻系統(tǒng)
500W像素的高清晰攝像頭
16
顯示屏
全新5寸半透半反式液晶顯示觸摸屏，其分辨率是1080*720.
17
檢出限
檢出限達(dá)1～500 ppm。
18
安全性
多重安全防護(hù)，不測(cè)試，無(wú)，工作時(shí)的水平遠(yuǎn)低于國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)，且具有無(wú)樣品空測(cè)，自動(dòng)關(guān)X光管功能。標(biāo)配屏蔽罩、加厚儀器合金測(cè)試壁。
19
性
合金版分析軟件，采用智能
你好！手持式光譜儀和便攜式光譜儀不是同一種。便攜式光譜儀分為手持式光譜儀和式光譜儀兩種。前者屬于X射線熒光光譜儀，后者屬于。
兩者均可鑒別金屬材料的牌，廣泛應(yīng)用于石油，化工，電廠，天然氣，煤氣等行業(yè)的壓力容器，管道閥門安裝以及現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)材料，也應(yīng)用于廢料回收，混料檢驗(yàn)篩選，以及原材料牌確認(rèn)，尤其適合于不銹鋼材料的牌確認(rèn)以及定量測(cè)量元素。但前者不能測(cè)量非金屬元素例如C,S,P，后者因?yàn)閷儆诨鸹ㄖ弊x光譜，可以另加一個(gè)紫外光室，所以可以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量非金屬元素C,S,P甚至N元素。
手持式光譜儀是目前國(guó)內(nèi)較的檢測(cè)儀器，應(yīng)用在很多行業(yè)領(lǐng)域，雖然有很多人曾今使用儀器，但是只限于的技術(shù)人員，普通的人員看到這款儀器還是處于一知半解，那么手持式光譜儀操作的需要注意哪些事項(xiàng)，小編以的角度告訴大家如何使用這款器。
手持式光譜儀對(duì)于操作人員是有一定要求的，測(cè)試樣品前一定要請(qǐng)儀器廠商的技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)演示，并且對(duì)技術(shù)人員做操作前的培訓(xùn)。因?yàn)檫@款儀器是檢測(cè)元素，那么一定會(huì)要做放樣檢測(cè)，所以，技術(shù)人員還需要做好防。
手持式光譜儀在使用的時(shí)候，對(duì)于環(huán)境也是有一定的要求，不要在潮濕的環(huán)境下工作的，環(huán)境濕度0-95%之間為好，不能在太高溫下操作工作，這樣的理由是避免各類磁場(chǎng)的干擾，如此儀器分析的時(shí)候才能檢測(cè)出更的精度。所以，大家在工作的時(shí)候要注意環(huán)境的適合度，很多時(shí)候儀器檢測(cè)不標(biāo)準(zhǔn)跟環(huán)境還是有很大程度上的關(guān)系。
對(duì)于檢測(cè)的樣品也要一些小要求，被測(cè)的物品表面必須光滑、整潔，如此才能避免其他元素的干擾被測(cè)物品的表面是有油污，或重金屬污染，那么檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果度就沒(méi)那么高，所有儀器都不是的。其實(shí)，手持式光譜儀的操作看起來(lái)很復(fù)雜，但是按照技術(shù)人員的指示一步步去操作，就沒(méi)你想的那么復(fù)雜了。
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