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；應急監測；環境污染 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功能。隨著我國城市化進程的加快以及工業的高速發展，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）公司研發的DP-4050型便攜式X熒光光譜環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）公司研發的DP-4050型便攜式X熒光光譜環境分析儀，其工作的原理為：分析儀發出X射線照射到樣品上，樣品表面的電子層受到激發產生電子逃逸現象，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生外漏現象；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測定。

2.3 實驗數據處理

此次實驗數據的統計與分析使用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

國際應用化學聯合會分光化學分析分會于1976年對檢出限的定義進行了規定：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境質量標準中的一級土壤標準值。

在實驗室環境下，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附近農田。選用Inno-X DP-4050型便攜式X熒光光譜環境分析儀為實驗儀器，按照戶外應急監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，由于現場的環境，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勢，因此可以實現實時、快速的檢測，該方法在確定土壤污染源以及污染土壤監測等方面具有較好的應用前景。其中1#、2#點位數據如表1所示。

4 結語

DP-4050型便攜式X熒光環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狀及發展趨勢[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）.