提高便攜式XRF測定儀在土壤污染調查中使用效果的措施

王曄，冷傳旭，潘增志，吳邵芳

(1.青島海泊爾建設工程檢測有限公司，山東 青島 266032；2.青島市勘察測繪研究院，山東 青島 266032； 3.青島巖土工程技術研究中心，山東 青島 266032)

0 引言

隨著城市化進程的加快和土地資源的緊張，土壤環境管理、土壤污染及污染土壤再利用等成為政府及相關部門面臨的重要課題[1]。2019年1月1日《中華人民共和國土壤污染防治法》正式頒布；2020年上半年，山東省和青島市相繼出臺了《山東省建設用地土壤污染風險管控和修復技術文件質量評價辦法(試行)》及《青島市建設用地土壤污染風險管控和修復工作指引》，更加重視土壤污染狀況調查工作。

1 研究背景

在土壤污染狀況調查工作中，便攜式XRF能夠快速確定污染金屬成分和污染程度，判斷土壤污染狀況，有針對性采集土壤，避免采樣的盲目性，減少實驗室分析工作量。它的快速及低成本，有助于克服土壤環境的復雜性以及其他一些不可預見的因素，隨時優化完善原有調查方案。陸安祥等[2]利用XRF光譜測定土壤重金屬鉻、銅、鉛、鋅和砷的含量，并分析了土壤粒徑、含水量對檢測結果的影響，為建立可靠精確的模型提供理論依據。張建民[3]通過實驗室分析結果比對了土壤粒徑對便攜式XRF測定儀使用的影響。楊桂蘭等[4]認為檢測時間和含水率是主要影響因素，土壤粒徑和緊實度影響不明顯。但在實際工作中由于便攜式XRF方法本身和現場場地條件、土壤制樣等的一些局限性，使其沒有充分發揮應有的作用和效果，現場XRF檢測這一步驟被不少調查項目放棄，而直接選擇取樣送實驗室分析。本文結合上述國內研究成果，研究如何提高便攜式XRF測定儀在實際調查現場土壤檢測中的使用效果。

2 實驗部分

2.1 試驗儀器

便攜式XRF測定儀采用OLYMPUS Vanta Element型號。開機使用前，均對照標樣進行測試，標樣測試濃度在允許誤差范圍內，再進行樣品測試，排除因儀器精準度而影響實驗結果的情況。

2.2 樣品采集

本研究利用57和132號兩個地塊，進行現場采樣研究。132號地塊共采集土壤樣品28個，57號地塊共采集19個土壤樣品。

2.3 現場原位測定

根據規范要求，土壤污染狀況調查重金屬及無機物所必須檢測項目包括：砷、鎘、鉻(六價)、銅、鉛、汞、鎳。由于XRF的工作原理不能區分不同元素的化合價態，所以現場測定的鉻元素含量是綜合的而非六價鉻，不具有參考價值，因此在土壤污染狀況調查實際工作中，使用XRF現場測試，僅測試砷、鎘、銅、鉛、汞、鎳六種元素。132號地塊實施樣品檢測狀態對XRF測試結果影響的對比試驗。將28個樣品分別裝入塑料袋，壓制成不同厚度試驗，經對比分析選擇10 mm、15 mm和20 mm厚的同一批土壤制樣進行現場檢測，并將其結果與實驗室結果對比。

XRF檢測時間是由X射線束激活過程持續的最小和最大秒數決定。當確定要使用多個射線束時，因為X射線管一次只能生成一個射線束，因此多個射線束要按順序生成。所輸入的檢測時間取決于檢測所需要的精確度，以及被檢元素的組成成分。檢測時間越長，檢測精度越高。由于便攜式XRF測定儀是一種現場檢測設備，除了考慮必要的精確度外，還要考慮實際使用時的簡便，因此57號地塊實施樣品檢測時間對XRF測試結果影響的對比試驗，尋找最適宜的現場設定檢測時間。

3 結果與分析

3.1 不同樣品狀態對比試驗

通過對XRF測定儀現場測試結果統計分析，以及對比選送實驗室分析的樣品的實際分析結果，利用式(1)進行計算偏差百分比。

偏差百分比=|XRF測試均值-實驗室檢測均值|/

將10 mm、15 mm、20 mm不同厚度的同一批土壤制樣的XRF測試值與實驗室檢測結果進行統計對比分析，計算的偏差百分比如表1所示。

表1 XRF測試與實驗室分析結果統計評價表

不同樣品狀態偏差百分比對比如圖1所示，其測試對比結果表明：土壤樣品厚度在15 mm以上時，能夠保證大部分元素的XRF現場檢測結果與實驗室檢測結果偏差百分比在30%以內，具有較好的符合性。

圖1 不同樣品狀態偏差百分比對比圖

3.2 不同檢測時間對比試驗

分別將XRF測定儀的檢測時間設置為15 s、30 s和60 s進行檢測，將三次不同檢測時間的XRF測試值與實驗室檢測結果進行統計對比分析，計算的偏差百分比如表2所示。

表2 XRF測試與實驗室分析結果統計評價表

不同檢測時間均值與實驗室檢測均值對比如圖2所示；不同檢測時間偏差百分比如圖3所示。由以上測試對比結果表明：XRF現場檢測時間設定效果優劣15 s＜30 s≤60 s。鎳、銅元素在60 s設定時間下效果優于30 s，但偏差百分比均不大于30%。鎘元素含量較低，不納入統計。綜合考慮現場檢測的精確度和時效性，最終選擇30 s作為現場檢測時間設定值。

圖2 不同檢測時間均值與實驗室檢測均值對比圖

圖3 不同檢測時間偏差百分比圖

4 結語

便攜式XRF測定儀可以根據現行土壤污染狀況調查規范要求現場測定砷、鎘、銅、鉛、汞、鎳五項重金屬及無機物。不同土樣狀態對于結果精確度有直接影響，土壤樣品厚度在15 mm以上時，能夠保證大部分元素的XRF現場檢測結果與實驗室檢測結果偏差百分比在30%以內，具有較好的符合性。XRF現場檢測時間設定在30 s及以上時效果較好，其中60 s檢測時間效果好于30 s，但均與實驗室檢測結果偏差百分比不超過30%，考慮現場檢測的時效性，推薦設置30 s作為便攜式XRF測定儀的檢測時間設置。