基于EDXRF光谱法的水系沉积物中多种重金属成分分析

2011-09-18秦旭磊孙振路宋忠华

长春理工大学学报（自然科学版） 2011年4期

秦旭磊，孙振路，宋忠华

（1.长春理工大学理学院，长春 130022；2.河北省激光研究所，石家庄 050081）

EDXRF（能量色散X射线荧光光谱）分析方法具有精度高、分析速度快、试样制备简单、重现性好、成本低和无损检测的优点，这是现有实验室检测手段所不能同时做到的。上世纪80年代初步形成了以X射线荧光光谱法为主体的化探样品分析系统，产生了巨大的经济效益。

由于EDXRF法测液体样品误差大，不适合直接对水质等液体中重金属成分进行检测，且在受重金属污染的水体中，水相中的金属的含量很微小，随机性很大，常随排放状况与水力学条件而变化，其金属含量的分布往往毫无规律。而沉积物主要是由有机质及次生粘土矿物等组成，对进入其中的重金属有很强的吸附作用，致使进入水体中的重金属污染物绝大部分积聚在沉积物中，因此对沉积物的研究是很有价值的。

重金属元素的污染对人体、生物和水体都有很大影响，本文选取长春市南湖水系沉积物作为研究对象，利用X射线荧光光谱法对沉积物中的Ba、Pb、As、Cr、Co、Ni、Cu、Zn等重金属元素进行定性定量分析，为南湖环境治理提供基础数据。

1 EDXRF光谱仪结构和工作原理

EDXRF光谱仪，一般由高压电源、X光管、样品台、检测器、放大器、多道脉冲分析器、计算机以及外设打印机组成，如图1所示。

图1 X射线荧光光谱仪结构图Fig.1 The structure of X-ray fluorescence spectrometer

EDXRF工作原理：样品放置于检测位置，X射线管发出X射线激发样品，使样品中各个元素产生出各自的特征X射线，这些特征X射线进入检测器产生脉冲信号，经过前置放大器送入脉冲放大器，经脉冲放大器的放大与脉冲形成，送入模数转换器，将模拟信号转换成数字量，送入计算机接口，软件通过控制接口电路进行谱数据的采集和控制。X射线荧光分析软件通过对各种特征X射线能量的分析可以得到定性的结果，即可知道样品中含有何种元素，再通过对特征X射线的强度计算与分析，最终完成样品中各元素含量的分析。

图2 X射线荧光产生原理Fig.2 The principle of X-ray fluorescence

K层电子被逐出后，其空穴可以被外层中任一电子所填充，从而可产生一系列的谱线，称为K系谱线：由L层跃迁到K层辐射的X射线叫Kα射线，由M层跃迁到K层辐射的X射线叫Kβ射线。同样，L层电子被逐出可以产生L系辐射。

2 实验部分

2.1 样品制备

首先在长春南湖周边选取七处采样点，它们分布在南湖几何中心的周围（如图3），测试结果能够对南湖做相对客观评价。采样后，滤干水分，包装好后标明采样点后，运回准备制样。室温下（22℃）自然风干后，经研磨后用200目筛筛过。称取2克研磨后的沉积物，放入磨具内，拨平，用低压聚乙烯镶边垫底，在35t压力下，试样压制成直径22mm、镶边外径为30mm的原片。标准样品和被测样品采用相同的制样方法。

图3 待测沉积物采样点分布Fig.3 The sampling place of test sediments

2.2 校准样品的选择与制样

对于粉末状样品压片制样，矿物效应和基体效应是产生分析误差的主要来源，为了减少这些效应的影响，所选择的校准样品应与待分析样品具有相似的类型，即在结构、矿物组成、粒度和化学组成上要相似，而且校准样品中各元素应具有足够宽的含量范围和适当的含量梯度。选用GBW07301-GBW07312（水系沉积物）制成样片作为校准样品，校准样品中各元素组分的含量范围见表1。（只列举8种待测元素含量范围）