X射線熒光光譜儀測(cè)定土壤中10種金屬元素

楊 益，王 乾，童 益，李 飚，張 棋

（四川省瀘州生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，四川 瀘州 646000）

土壤中重金屬過多會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物死亡或農(nóng)產(chǎn)品受到污染，威脅農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，另外土壤重金屬污染物通過各級(jí)食物鏈富集，可引起肝腎衰竭、中毒等病狀，甚至致癌，對(duì)人體危害極大[1-2]。重金屬不能被土壤微生物分解，易于積累，嚴(yán)重影響人類的生活環(huán)境，危害農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)，因此，研究土壤重金屬檢測(cè)方法具有重要意義[3]。

土壤重金屬的檢測(cè)方法有火焰原子吸收光譜法[4]、石墨爐原子吸收分光光度法[5]、電感耦合等離子發(fā)射光譜法[5]、電感耦合等離子質(zhì)譜法[6]，這些分析方法流程繁瑣、易損失或玷污，消解過程中強(qiáng)酸的使用會(huì)對(duì)操作人員帶來傷害，并對(duì)環(huán)境造成二次污染[7]。X射線熒光光譜法具有操作簡(jiǎn)便、不使用有毒試劑、測(cè)量范圍廣、檢測(cè)速度快、結(jié)果準(zhǔn)確性高以及能夠?qū)Χ喾N元素同時(shí)進(jìn)行分析等優(yōu)點(diǎn)[8-9]。本研究用賽默飛世爾X射線熒光光譜儀，優(yōu)化儀器最佳工作參數(shù)，以X射線熒光強(qiáng)度與元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)繪制工作曲線、作元素檢出限，滿足精密度和準(zhǔn)確度的要求，建立了X射線熒光光譜法測(cè)定土壤中鋇、鉻、銅、錳、鎳、鉛、釩、鋅、砷、鈷10種金屬元素的方法，并將該方法用于瀘州工業(yè)企業(yè)周邊土壤樣品中10種金屬元素的測(cè)定，取得滿意效果，為推進(jìn)土壤中重金屬監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

美國(guó)ARL PERFORM’X賽默飛順序式X射線熒光光譜儀，可測(cè)定元素4號(hào)鈹（Be）到92號(hào)鈾（U）（波長(zhǎng)0.01 nm到2 nm范圍內(nèi)）樣品，激發(fā)源為X-射線管，探測(cè)器為高性能的閃爍探測(cè)器（SC）和流氣正比探測(cè)器（FPC），測(cè)量時(shí)間40 s，激發(fā)電壓60 kV，激發(fā)電流60 mA。

1.2 供試土壤

選取具有代表性的3個(gè)實(shí)際土壤樣品，采樣時(shí)間為2021年，土樣去除礫石、根系等雜質(zhì)后，烘干、研磨，過200目（0.075 mm）篩裝袋，以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤GSS-1～GSS-31作為備用。

1.3 分析方法

用塑料環(huán)鑲邊，稱取5 g左右樣品于壓樣機(jī)上，在30噸壓力保壓30秒壓制成一定厚度的薄片，標(biāo)準(zhǔn)樣品與試樣制備步驟相同，優(yōu)化儀器條件，通過測(cè)量特征X射線強(qiáng)度來定量試樣中各元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，得出10種金屬儀器最佳工作參數(shù)見表1。

表1 10種金屬主要儀器最佳工作參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤GSS-1～GSS-31作為校準(zhǔn)樣品壓制成薄片，在儀器最佳工作條件下，依次上機(jī)測(cè)定分析，記錄X射線熒光強(qiáng)度。以X射線熒光強(qiáng)度與元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)建立工作曲線；采用低濃度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品驗(yàn)證檢出限；相關(guān)系數(shù)、測(cè)量范圍和檢出限[10]見表2。

表2 測(cè)定元素校準(zhǔn)曲線表

2.2 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)

選取兩個(gè)高低濃度梯度的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)土壤GSS-20和GSS-27，按研究試驗(yàn)方法，對(duì)土壤中砷、鋇、鈷、鉻、銅、錳、鎳、鉛、釩、鋅10種元素進(jìn)行6次測(cè)試，做精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可知，10種重金屬元素測(cè)定結(jié)果均在保證值范圍內(nèi)，最大相對(duì)偏差在0.2%～9.2%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.17%～7.1%之間，測(cè)試結(jié)果較為滿意，精密度和準(zhǔn)確度均能滿足分析要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與吳晶[11]等人的研究結(jié)果一致。

表3 精密度和準(zhǔn)確度測(cè)試表（n=6）

3 實(shí)際樣品的測(cè)定

按研究實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)1#土壤樣品、2#土壤樣品、3#土壤樣品進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表4。由表4可知，鋇、鉻、銅、錳、鎳、鉛、釩、鋅元素最大偏差在0.2%～5.0%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.16%～3.5%之間；砷和鈷元素最大偏差在4.2%～8.9%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.2%～6.4%之間。結(jié)果表明該方法可操作性強(qiáng)，準(zhǔn)確可靠，可用于土壤中砷、鋇、鈷、鉻、銅、錳、鎳、鉛、釩、鋅10種元素的測(cè)定。

表4 實(shí)際樣品測(cè)定結(jié)果（n=6）

4 結(jié)論

采用X射線熒光光譜法檢測(cè)土壤中砷、鋇、鈷、鉻、銅、錳、鎳、鉛、釩、鋅元素，方法線性好、檢出限低、重現(xiàn)性好、準(zhǔn)確度高，前處理綠色環(huán)保，操作方便快速，可應(yīng)用于土壤中砷、鋇、鈷、鉻、銅、錳、鎳、鉛、釩、鋅10種金屬元素測(cè)定。