X射線熒光光譜技術(shù)在水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀中的應(yīng)用

王云鳳

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅 酒泉 735000）

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，重金屬污染日益嚴(yán)重，嚴(yán)重的威脅著人類(lèi)的生存安全，阻礙了社會(huì)經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展進(jìn)程。眾所周知，水質(zhì)重金屬污染是難以治理的，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一是重金屬元素以“惰性”為主，難以借助化學(xué)物質(zhì)之間化學(xué)反應(yīng)清除；二是水體流動(dòng)速度較快，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)未進(jìn)行或者進(jìn)行不徹底就已經(jīng)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(duì)應(yīng)的反應(yīng)物時(shí)因水流過(guò)快等原因而無(wú)法確定加入量的多少，限制了重金屬元素與其他物質(zhì)之間的反應(yīng)[1]。因此，加強(qiáng)水質(zhì)污染源的監(jiān)控與管理至關(guān)重要，而進(jìn)行準(zhǔn)確把控重金屬污染物質(zhì)來(lái)源的技術(shù)就是重金屬檢測(cè)技術(shù)。本文以X射線熒光光譜技術(shù)為研究對(duì)象，分析其在水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀中的應(yīng)用。

1 重金屬在線監(jiān)測(cè)儀發(fā)展現(xiàn)狀

水體是重金屬污染擴(kuò)散的重要媒介，電力企業(yè)、電池企業(yè)以及冶金等行業(yè)是重金屬污染的主要源頭，在工業(yè)生產(chǎn)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(guān)注的重點(diǎn)對(duì)象。隨著國(guó)家以及社會(huì)群體對(duì)重金屬元素污染認(rèn)知的深入，逐步加大了重金屬排放標(biāo)準(zhǔn)的制定等力度，督促上述企業(yè)加強(qiáng)重金屬污染處理，只有重金屬含量達(dá)標(biāo)的企業(yè)才能排放工業(yè)廢水。此時(shí)，為了進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)廢水中重金屬含量變化，應(yīng)具有靈敏度高的在線監(jiān)測(cè)儀器，方便企業(yè)在線檢測(cè)。

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前常見(jiàn)的重金屬?gòu)U水在線監(jiān)測(cè)使用率最高的依然是傳統(tǒng)的化學(xué)比色法，該方法在現(xiàn)階段排水要求中存在如下不足：①該方法是在檢測(cè)前期加入反映藥劑、顯色藥劑、掩蔽藥劑等，使得被測(cè)水體的顏色顯示出來(lái)，再根據(jù)水體所呈現(xiàn)的顏色深淺變化來(lái)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(cè)的作用，但是檢測(cè)靈敏度較低，屬于間接檢測(cè)方法，并且檢測(cè)早期加入的各種添加藥劑隨著廢水排除，對(duì)水體進(jìn)行二次污染；②該種方法在檢測(cè)過(guò)程中容易受到檢測(cè)環(huán)境的影響，如被檢測(cè)樣品中顆粒物的含量、被測(cè)水體色度以及其他元素的影響，通常要經(jīng)過(guò)預(yù)處理才能進(jìn)行過(guò)濾式取樣，因此所獲得的數(shù)據(jù)是不準(zhǔn)確的，即所測(cè)樣品的代表性不足以反映被檢測(cè)水體的真實(shí)狀況；③添加藥劑的精準(zhǔn)控制較難，水體中重金屬元素含量的多少是無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)的，因此，所加入的反映藥劑、顯色藥劑、掩蔽藥劑等是無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算的，在檢測(cè)過(guò)程中常出現(xiàn)加入藥劑過(guò)量或不足的現(xiàn)象，因此最后所獲得的檢測(cè)數(shù)據(jù)是不可靠的[2]；④每次獲取樣品、檢測(cè)、得出數(shù)據(jù)的過(guò)程較長(zhǎng)，所獲數(shù)據(jù)沒(méi)有代表性和實(shí)時(shí)性，因此，所獲數(shù)據(jù)是片面的。

綜上所述，傳統(tǒng)的化學(xué)比色法檢測(cè)方法存在較大的缺陷，已經(jīng)不足以滿(mǎn)足當(dāng)前社會(huì)市場(chǎng)的實(shí)際需求（表1），因此，探索一套符合實(shí)際需求的快速、準(zhǔn)確的在線檢測(cè)技術(shù)是亟待面對(duì)的問(wèn)題?；诖耍疚膰L試分析X射線熒光光譜技術(shù)在水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀中的應(yīng)用效果。

2 X射線熒光光譜的水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀結(jié)構(gòu)分析

將X射線熒光光譜技術(shù)應(yīng)用于水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀中，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)幾個(gè)單元，即進(jìn)樣單元、檢測(cè)單元、分析單元、控制單元、清洗單元。其中分析單元主要針對(duì)檢測(cè)單元發(fā)出的指令進(jìn)行測(cè)試樣品的分析，而控制單元主要控制進(jìn)樣單元、檢測(cè)單元、分析單元的運(yùn)行狀況，清洗單元主要與檢測(cè)單元相互連通，主要是用于清晰檢測(cè)單元在檢測(cè)過(guò)程中的殘留物質(zhì)，防止影響下一組檢測(cè)結(jié)果。檢測(cè)單元主要由X射線源、檢測(cè)池、熒光信號(hào)檢測(cè)器等組成。X射線源照射至常溫物體表面受到光照時(shí)，使得物體內(nèi)部的微?；钚栽鰪?qiáng)，促使微粒在物體表面的形態(tài)以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)生改變，在轉(zhuǎn)變過(guò)程中，微粒就會(huì)發(fā)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(qiáng)[3]。分析單元包括數(shù)據(jù)的采集以及運(yùn)算電路板、信號(hào)處理器、輸入輸出接口等，其中輸入接口與熒光信號(hào)檢測(cè)器相互連接，在完成檢測(cè)分析后，處理后的檢測(cè)數(shù)據(jù)就通過(guò)輸出接口傳遞至控制單元中心。系統(tǒng)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(shù)據(jù)后，借助通訊單元的遠(yuǎn)程通訊功能傳遞信息。此外，重金屬在線監(jiān)測(cè)儀中含包含了檢測(cè)數(shù)據(jù)查詢(xún)、遠(yuǎn)程通訊、參數(shù)設(shè)置等基本功能。

表1 常見(jiàn)重金屬檢測(cè)方法特征對(duì)比統(tǒng)計(jì)表

3 重金屬在線監(jiān)測(cè)儀的工作流程

在使用重金屬在線監(jiān)測(cè)儀過(guò)程中要嚴(yán)格按照儀器的操作步驟進(jìn)行，不僅可以獲得相對(duì)穩(wěn)定的檢測(cè)數(shù)據(jù)，更能延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)儀的使用壽命。重金屬在線監(jiān)測(cè)儀的工作流程主要包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：①啟動(dòng)在線監(jiān)測(cè)儀的水泵，等待被測(cè)水樣進(jìn)入流通管路到達(dá)送樣單元內(nèi)部，并經(jīng)過(guò)粗過(guò)濾初步處理水樣，清除水體中大顆粒的泥沙等雜質(zhì)；②采樣泵一將粗過(guò)濾后的被測(cè)水樣輸送至調(diào)壓閥一和切換閥中，在輸送至檢測(cè)池中，等檢測(cè)流程進(jìn)行完成后，將檢測(cè)后的水樣從排放口排除；③X射線源照射通過(guò)的被測(cè)樣品，熒光接收器就可以獲得水樣中重金屬物質(zhì)激發(fā)的熒光光譜；④當(dāng)熒光信號(hào)檢測(cè)器接收到金屬物質(zhì)激發(fā)出來(lái)的熒光信號(hào)后，通過(guò)信號(hào)處理運(yùn)算單元，將熒光光譜變化轉(zhuǎn)化為重金屬元素的含量，并返回至控制單元，通過(guò)輸出接口輸出檢測(cè)數(shù)據(jù)[3]；⑤控制單元在接受運(yùn)算單元反饋回來(lái)的數(shù)據(jù)后，將其上傳至通訊顯示平臺(tái)中，便于相關(guān)部門(mén)對(duì)檢測(cè)狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)管；⑥在檢測(cè)完成后，啟動(dòng)清洗單元，清洗水樣經(jīng)過(guò)的所有設(shè)備。

4 X射線熒光光譜的水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀的應(yīng)用效果分析

與傳統(tǒng)的化學(xué)比色法在線檢測(cè)方法以及其他檢測(cè)方法相比，X射線熒光光譜的水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀的應(yīng)用效果較好，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）X射線熒光光譜的水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀的自動(dòng)化程度明顯高于傳統(tǒng)的化學(xué)比色法，被檢測(cè)樣品經(jīng)過(guò)進(jìn)樣單元依次輸送至檢測(cè)單元和分析單元，而控制單元分別對(duì)分析單元、檢測(cè)單元以及進(jìn)樣單元進(jìn)行管控，因此，該技術(shù)具有較為先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，能夠獲得實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。此外，在重金屬污染檢測(cè)過(guò)程中無(wú)需添加反映藥劑、顯色藥劑、掩蔽藥劑等，可以直接通過(guò)檢測(cè)而獲得動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，能夠更為精確的反映出被測(cè)水樣中重金屬元素的含量變化規(guī)律。

（2）X射線熒光光譜的水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀所獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，被測(cè)水樣經(jīng)過(guò)檢測(cè)池時(shí)，僅清除了大顆粒的砂石等雜質(zhì)，基本未改變廢水中顆粒污染物的含量，因此所獲數(shù)據(jù)具有較好的代表性和準(zhǔn)確性。此外，檢測(cè)過(guò)程中無(wú)需添加任何添加藥劑，所以所獲數(shù)據(jù)具有較高的穩(wěn)定性。

（3）X射線熒光光譜的水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀的原理是借助X射線源照射被測(cè)水樣，激發(fā)水樣中的重金屬元素發(fā)生出相應(yīng)的熒光，再通過(guò)熒光信號(hào)檢測(cè)器接收并分析轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的含量，因此，該設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性能，基本不受被測(cè)水樣中漂浮物質(zhì)、水體渾濁度等的影響，進(jìn)而確保了所測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

（4）基本實(shí)現(xiàn)了測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，檢測(cè)完成后，檢測(cè)單元將所獲數(shù)據(jù)反饋至控制中心，控制中心在接收數(shù)據(jù)后將其上傳至遠(yuǎn)程通訊顯示平臺(tái)中，不僅便于所測(cè)企業(yè)單位及時(shí)查看，更方便于上級(jí)主管單位的動(dòng)態(tài)監(jiān)控，為促進(jìn)廢水凈化處理提供保障。

（5）與傳統(tǒng)的化學(xué)比色法相比，X射線熒光光譜的水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀的應(yīng)用過(guò)程中未加入任何添加藥劑，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生二次污染。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，重金屬污染問(wèn)題日益突出，如何加強(qiáng)重金屬排放企業(yè)廢水中重金屬含量監(jiān)測(cè)工作是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的化學(xué)比色法已逐漸不適用于現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的基本需求，且所獲檢測(cè)數(shù)據(jù)不足以代表被測(cè)水樣的真實(shí)狀況，因此，本文嘗試探索X射線熒光光譜的水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀的應(yīng)用，為推動(dòng)水質(zhì)重金屬在線監(jiān)測(cè)儀的發(fā)展提供幫助。