XRF法检测土壤重金属的影响因素

胡明情

(宜昌市环境保护监测站，湖北 宜昌 443000)

XRF法检测土壤重金属的影响因素

胡明情

(宜昌市环境保护监测站，湖北 宜昌 443000)

对X射线荧光(XRF)法检测土壤重金属的影响因素进行探讨，研究证实土壤样品厚度、粒径和含水率均会对荧光强度产生影响，且影响程度与X射线的能量有关，对低能量X射线的影响显著大于对高能量X射线的影响。为保障分析的质量，在应用XRF法进行土壤重金属检测时，土壤样品应完全干燥，混合均匀，保持土壤粒径均匀一致，土壤样品厚度统一为10 mm。

X射线荧光法；土壤；重金属

X射线荧光(XRF)法可快速、非破坏性地测定土壤样品中多种金属元素的含量[1]。

在环境保护监测领域，XRF法特别适用于土壤污染调查和土壤修复中各种重金属元素的快速探测、筛查，可现场及时确定土壤中金属元素的污染水平[2-5]。XRF法是根据土壤样品中待测元素的荧光强度与其含量之间的线性关系进行定量分析的。

然而，荧光强度会受到土壤样品的厚度、粒径和含水率等因素的影响[6-7]，在用XRF法测定土壤中重金属时需采取适当措施，以保证检测结果的准确可靠[8-9]。

1 实验部分

1.1 仪器

X-MET 3000 TX型XRF分析仪(Oxford Instruments,英国)，射线源为X射线管，Rh靶，最大工作电压40 kV，最大工作电流40 μA；仪器内置4片滤光片；荧光检测器为Penta-Pin检测器，分辨率高达165 eV。

1.2 样品采集及制备

采集湖北省宜昌市周边壤土、黏土和水系沉积物样品，按国家土壤重金属监测规范，样品经干燥、粉碎后，掺入不同的重金属元素，再经混合、干燥、研磨、筛分，制成待测土壤样品3份，分别为：

土壤样品1：为壤土样品，平均粒径<4 μm，掺入4种元素 (Fe、Se、Pb和Cd)。

土壤样品2：为黏土样品，有6种粒径(<0.105 mm，0.105～0.210 mm， 0.210～0.425 mm， 0.425～0.85 mm， 0.85～2 mm， 2～5 mm，)，掺入4种元素(Ba、Fe、Pb和Cd)。

土壤样品3：为水系沉积物样品，粒径为75～150 μm，掺入4种元素(Sr、Fe、Ti和Ca)。

2 结果与讨论

2.1 土壤样品厚度与荧光强度的关系

以土壤样品1为研究对象，分别测定不同土壤样品厚度下Fe Kα (6.4 keV)、Se Kα (11.2 keV)、Pb Lß (12.6 keV)和Cd Kα (23.2 keV)的荧光强度，结果见图1(a)(b)(c)(d)。

图1 土壤样品厚度与荧光强度的关系

由图1可知，当土壤样品厚度约为1 mm时，Fe的荧光强度达饱和；Se和Pb在土壤样品厚度为2.5 mm时，荧光强度达到饱和；而Cd在土壤样品厚度约为5.3 mm时，荧光强度达饱和。由此可见，当土壤厚度增加到一定大小时荧光强度会达到饱和，这是由于达到荧光强度饱和的土壤厚度与X射线荧光的能量相关，土壤对高能量X射线的吸收小于对低能量X射线的吸收，高能量X射线比低能量X射线的饱和厚度更大。初级X射线由于能量较大，当土壤厚度<10 mm时可轻易到达土壤的底部。而荧光X射线能量相对较小，且不同的X射线能量各不相同。土壤深处产生的较高能量X射线荧光能穿透较厚土壤层而不被严重吸收，可在样品表面检测到。相反，样品底部产生的低能量X射线荧光会被土壤轻易吸收，在样品表面则检测不到。 因此，在分析土壤中所有有害金属时土壤厚度应>6 mm。

2.2 土壤含水率与荧光强度的关系

将土壤样品3在100 ℃的烘箱中干燥3 h，通过加入不同体积的纯水，制成含水率不同的样品若干份，土壤样品厚度为10 mm，分别测量4种元素的荧光强度。Sr Kα (14.2 keV)、Fe Kα (6.4 keV)、Ti Kα (4.5 keV)和Ca Kα (3.7 keV) 的相对荧光强度与含水率的关系结果见图2。

图2 土壤含水率与相对荧光强度的关系

由图2可见，荧光强度随土壤含水率增加而降低，低能量X射线荧光强度随土壤含水率增加而降低的趋势更明显，当含水率增加到32%时，Sr的荧光强度降低10%，而Ca的荧光强度降低约70%。因此，在采用XRF法测定重金属前，土壤应干燥。

2.3 土壤粒径与荧光强度的关系

以土壤样品2为研究对象，样品厚度为10 mm，分别测量不同粒径土壤样品的荧光强度，Ba Lα (4.5 keV)、Fe Kα (6.4 keV)、Pb Lß (12.6 keV)和Cd Kα (23.2 keV)的相对荧光强度与土壤样品粒径(最大粒径与最小粒径的中位数)的关系见图3(a)(b)。由图3可知，土壤粒径也会影响荧光强度，低能量X射线(Ba，Fe)荧光强度随土壤粒径减小而增强，高能量X射线(Pb，Cd)具有同样的趋势，但程度相对较弱。故采用XRF法进行土壤样品中的重金属分析时，应考虑土壤颗粒大小的影响，特别是对于低能量X射线。因此，采用XRF法分析时，土壤粒径应均匀一致。

图3 土壤粒径与荧光强度的关系

3 结语

土壤样品厚度、粒径和含水率均会对荧光强度产生影响，且影响程度与X射线的能量有关，对低能量X射线的影响显著大于高能量X射线。采用XRF法分析时，为保障从轻元素到重元素的所有元素的分析，推荐土壤样品厚度为10 mm，同时土壤粒径应均匀一致，土壤检测前应干燥。

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Influence Factors in the Determination of Heavy Metals in Soil by XRF

HU Ming-qing

(YichangEnvironmentalMonitoringStation，Yichang，Hubei443000，China)

This paper investigated factors that influence the XRF detection of heavy metals in soil. It was confirmed that the thickness， particle size， and water content of the soil sample would affect the fluorescence intensity to a various degree， which was dependent on the energy of X-rays. The results showed that low energy X-rays had significantly greater influence than high energy X-rays on the measurement. In order to ensure the quality analysis， soil samples should be completely dry， mixed evenly， maintained in uniform particle sizes and thickness of 10 mm when employing the XRF method for the determination of heavy metals in soil.

XRF； Soil； Heavy metal

2015-09-22；

2015-12-15

胡明情(1966—)，男，高级工程师，学士，从事环境监测工作。

X833；O657.34

A

1674-6732(2016)02-0023-02