便攜式X熒光儀在測定土壤中Cr、Pb等重金屬元素的應用

侯張明

摘要：文章使用Inno-X DP-4050型便攜式X熒光環(huán)境分析儀測試了土壤標準樣品中Cr、Pb、As、Cu、Zn等重金屬元素的含量。測試結果表明，Cr、Pb、AS、Cu、Zn等重金屬元素在土壤標準樣品物質GSS-8測定，結果準確度在0%～8.4%之間，精密度在1.7%～6.7%之間，能夠快速完成土壤中重金屬元素的檢測，很適合在應急監(jiān)測中使用，及時判別污染幅度。

關鍵詞：X射線熒光光譜；土壤；重金屬元素；應急監(jiān)測；環(huán)境污染 文獻標識碼：A

中圖分類號：O657 文章編號：1009-2374（2016）20-0041-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.019

1 概述

眾所周知，土壤中含有的重金屬元素在妨害植物生長的同時，還會通過食物鏈的富集效應危害人類的健康身體，甚至會造成大氣污染和水污染，嚴重影響了土壤的生態(tài)功能。隨著我國城市化進程的加快以及工業(yè)的高速發(fā)展，土壤中重金屬元素的累積問題也日益嚴重。檢測土壤中重金屬元素的含量已逐漸成為農業(yè)生產中的一項重要工作。不僅如此，測定土壤中的重金屬元素是完成污染土壤治理工作的關鍵的第一步。測定土壤中重金屬元素的方法主要有化學分析方法、電化學分析方法、光學分析方法、色譜分析方法、原子吸收方法、化學發(fā)光方法7種。在檢測土壤中的重金屬元素時，通常使用強酸對土壤樣品進行消煮，然后通過火焰原子吸收光譜、原子熒光光譜、石墨爐原子吸收光譜以及等離子體發(fā)射光譜等方法對樣品土壤中的重金屬元素進行檢測。實際經驗表明，采用上述方法進行檢測時，結果準確度與精確度都比較高，但由于存在步驟繁瑣、實驗周期較長、成本較高等缺點，而且使用強酸處理樣品土壤時會造成污染，因此以上方法的實用性并不十分理想。X射線熒光光譜技術是一項具有創(chuàng)新意義的技術，目前已在生物、食品、地質等領域被廣泛應用，且起到了令人滿意的效果。隨著該技術的不斷發(fā)展與進步，其在土壤重金屬元素檢測領域也得到了很好的應用，并取得了令人驚喜的成果。本文采用美國伊諾斯（Innox-X）公司研發(fā)的DP-4050型便攜式X熒光光譜環(huán)境分析儀作為實驗工具，對樣品土壤中含有的Cr、Pb、Cu、AS、Zn等重金屬元素進行了檢測，并對檢測結果進行了分析和說明。目的在于為便攜式X射線熒光光譜測定土壤中Cr、Pb、As、Cu、Zn重金屬元素提供科學、可行的檢測方法和技術支持。

2 實驗部分

2.1 實驗儀器與試劑

美國伊諾斯（Innox-X）公司研發(fā)的DP-4050型便攜式X熒光光譜環(huán)境分析儀，其工作的原理為：分析儀發(fā)出X射線照射到樣品上，樣品表面的電子層受到激發(fā)產生電子逃逸現(xiàn)象，進而產生電子躍遷，電子躍遷會釋放多余的能量，儀器探測器捕捉反饋回來的能量光譜，每種元素都有自己的特征光譜，儀器自帶軟件根據光譜計算出化學結果。

2.2 實驗方法

此次實驗所使用的土壤樣品為土壤標準樣品GSS-8。使用便攜式X射線熒光分析儀對土壤中重金屬元素的測定步驟分為如下三步：首先使用保鮮膜將土壤樣品進行密封，確保在土壤樣品后不會發(fā)生外漏現(xiàn)象；然后使用槌杵將土壤樣品測試面的平整后，開始測定；最后將儀器探頭窗口對準土壤樣品，不要有間隙。測試期間，不得晃動。在使用便攜式X射線熒光光譜分析儀之前，需對機器進行20分種左右的預熱，保證測試結果的準確性。測試的時間周期為可根據測定元素的性質，選擇不同的測試曲線，設置不同的測定時間。測試現(xiàn)場的原位檢測完成后，需要將測試點的土壤樣品進行采集并帶回實驗室，以便進行室內的常規(guī)測定。

2.3 實驗數(shù)據處理

此次實驗數(shù)據的統(tǒng)計與分析使用Excel 2007和基于的Innov-x專用分析軟件。

3 實驗結果與討論

3.1 實驗準確度與精密度分析

國際應用化學聯(lián)合會分光化學分析分會于1976年對檢出限的定義進行了規(guī)定：將獲得空白值標準偏差3倍所定義的含量作為檢出限。實驗測試結果為Cu、Zn、Pb、Cr、As元素在樣品土壤中的濃度為25.7mg·kg-1、

68.0mg·kg-1、19.4mg·kg-1、73.7mg·kg-1、13.0mg·kg-1。測試結果中全部元素的最低檢出限都低于土壤環(huán)境質量標準中的一級土壤標準值。

在實驗室環(huán)境下，測試結果表明，土壤成分分析標準物質GSS-8中Cu、Zn等重金屬元素含量全部低于土壤環(huán)境質量標準中的一級標準值。使用X射線進行測定時，儀器的準確度偏差處于0%～8.4%范圍內，精密度標準偏差在1.7%～6.7%之間，測試結果表明儀器具有較好的測試重復性。通過對儀器的準確度和精密度以及最低檢出限進行分析，看出DP-4050型便攜式X熒光光譜環(huán)境分析儀可以完成對污染土壤中Cu、Zn、Pb、Cr、As等重金屬元素的測定工作。

3.2 田間原位檢測

此次實驗的田間原位檢測點為韶關市某礦區(qū)附近農田。選用Inno-X DP-4050型便攜式X熒光光譜環(huán)境分析儀為實驗儀器，按照戶外應急監(jiān)測的測試步驟進行檢測，對每個測試點進行3次重復測定。測試結果表明，進行田間原位檢測的平行性很好，土壤中的Cu、Zn、Pb、As以及Cr重金屬元素含量高于X射線的實驗室檢測結果。田間原位檢測時，由于現(xiàn)場的環(huán)境，不能做到馬上將土壤樣品研磨至100目的粉末，同時，土壤的含水量以及緊實程度等均會對X射線檢測造成干擾，導致測試結果的不準確。但由于田間原位檢測具有無需對土壤進行預處理，而且能快速得到檢測結果等優(yōu)勢，因此可以實現(xiàn)實時、快速的檢測，該方法在確定土壤污染源以及污染土壤監(jiān)測等方面具有較好的應用前景。其中1#、2#點位數(shù)據如表1所示。

4 結語

DP-4050型便攜式X熒光環(huán)境分析儀對樣品土壤中Cu、Zn、Pb、As以及Cr等重金屬元素的最低檢出限均低于國家土壤環(huán)境質量標準中的一級標準值，儀器測試具有良好的準確度和精密度。田間原位檢測的結果表明，儀器可準確、高效地完成檢測工作，雖然測試點的環(huán)境條件會對實驗結果造成一定影響，但測試結果的準確性和精確度仍處于較高水平。綜上所述，便攜式X射線熒光光譜可對土壤中的Cu、Zn等元素進行快速測定以及田間原位檢測，為提高土壤質量監(jiān)測水平提供了幫助。

參考文獻

[1] 冉景，王德建，王燦，薄錄吉，鄭繼成，姚利鵬.便攜式X射線熒光光譜法與原子吸收/原子熒光法測定土壤重金屬的對比研究[J].光譜學與光譜分析，2014，（11）.

[2] 周寶宣，袁琦.土壤重金屬檢測技術研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].應用化工，2015，（1）.

[3] 鄺榮禧，胡文友，何躍，黃標，祖艷群，李元，湛方棟，鄒小冷，王豹.便攜式X射線熒光光譜法（PXRF）在礦區(qū)農田土壤重金屬快速檢測中的應用研究[J].土壤，2015，（3）.

[4] 李強，張學華.手持式X射線熒光光譜儀測定富鈷結殼樣品中錳鐵鈷鎳銅鋅[J].巖礦測試，2013，（5）.