便携式XRF仪现场快速测定土壤中Pb的可行性研究

2017-05-30柳伟许伟孙东赵松江

安徽农业科学 2017年33期

关键词：土壤

柳伟　许伟　孙东　赵松江

摘要便携式XRF分析仪具有轻便、快速和可测对象较多与测量元素较广等特点而广泛应用于矿石、土壤等方面快速检测，但土壤的现场快速测定结果的准确性有待进一步研究与探讨。以安宁河谷平原土壤中Pb为研究对象，通过对便携式XRF仪现场快速检测结果与实验室分析结果的对比和影响因素的分析，建立基于安宁河谷平原表层土壤快速测定结果的线性函数为y=1.170 9x-17.326 0（R2=0992 9，x为现场检测结果），探讨其影响因素，为该区域表层土壤中Pb快速检测结果提供依据。

关键词便携式XRF仪；现场快速测定；土壤；Pb

中图分类号S151.9+3文献标识码A文章编号0517-6611（2017）33-0115-03

Discussion on Feasibility of Rapid Testing of Pb in Soil by Portable XRF Analyzer in Field

LIU Wei1，2，XU Wei1，SUN Dong1，2，ZHAO Songjiang1*

（1.Chengdu Center of Hydrogeological and Engineering Geological，Sichuan Bureau of Gelogy & Mineral Resources， Chengdu，Sichuan 610081；2.Sichuan Environmental Protection Groundwater Pollution Control Engineering Technology Centre，Chengdu，Sichuan 610081）

AbstractPortable XRF analyzer was light， and it can measure many elements quickly， so that it's widely applied in rapid testing of ore， soil， and so on， but the accuracy of testing results of soil in field need further research. The Pb content in soil of Anning River Plain was researched. Through contrasting the rapid testing results by portable XRF in field and the testing results in laboratory， and influence factors of the differences were analyzed， the linear function of testing results of Pb content in soil was established based on Anning River Plain as y=1170 9x-17.326 0（R2=0.992 9， xtesting result in field）.The research can provide basis for the rapid testing of Pb in topsoil in this area.

Key wordsPortable XRF analyzer；Rapid testing in field；Soil；Pb

便携式 XRF（X ray fluorescence，X 射线荧光光谱）分析仪是一种快速半定量元素分析仪，其可快速测定岩矿、土壤、金属材料中自磷到铀的周期表元素的含量（总量）。由于具有轻便、快速、数据精准、可测对象较多与测量元素广泛等特点，而广泛应用于地质矿产普查岩矿样品快速分析、土壤中重金属快速分析等领域[1]。但该类快速分析结果定量分析、其准确性及替代实验室分析结果的可行性方面研究较少，其真正意义上的快速与准确的检测有待进一步探讨与研究。鉴于此，笔者以安宁河谷平原土壤中Pb为试验对象，通过对便携式XRF仪现场快速检测结果与实验室分析结果的对比和影响因素的分析，探讨便携式XRF仪在现场快速准确测定土壤中Pb含量的可行性。

1材料与方法

1.1區域概况

安宁河河谷平原地处四川省西南部，101°00′48″～102°21′15″ E、26°50′25″～28°33′51″N，涉及凉山州的冕宁县、西昌市、德昌县和攀枝花市的米易县。区内交通便利，G5高速与成昆铁路南北向贯穿全区，国道108、S214与S307等省道、县道及乡村道路组成连接全区的交通路网，区内交通便利。

1.2仪器

便携式XRF仪：美国伊诺斯 Innov-X DELTA PMGS型，配置Ta/Au靶大功率微型直板电子X射线管、超大型SDD硅漂移探测器、Peltier恒温冷却系统、电压10～50 kV，电流100～200 μA。

便携式XRF仪工作原理基于波尔理论，通过对待检测样品X射线投射透射，透射能力大于电子的束缚力、内层电子被驱逐而形成原子空穴，处于高能级电子层的电子会向低能级的电子层跃迁、弥补电子空位并以释放相应原子特有的能力（X射线），使得原子重新回到稳定的基态[2-3]。根据每个元素（原子）释放的能量（X射线）光谱谱线位置和强度的不同，便携式 XRF 分析仪利用自身的处理芯片与软件，以经验基本参数法将测出的数据同标准曲线进行拟合，区分元素种类并计算含量，实现对样品进行测试分析。

1.3试验方法与数据处理

1.3.1样品采集与处理。

为探讨现场快速检测的关键，以土壤环境监测技术规范（HJ/T 166—2004）为依据，利用手工钻等工具在安宁河河谷平原各区域（临近与远离河流、污染源等）采集表层（0～20 cm）、浅层（20～60 cm）与深层（60～80 cm）的土壤样品，采集分析表层土壤样品28组、浅层土壤样品27组、深层样品20组。

所采集的样品用聚乙烯样品袋盛装，并在现场用手压实压平（尽量避免不平度效应），利用便携式XRF仪进行现场快速测定；快速测定完成后，样品送往具备检测资质的单位进行检测。送往实验室样品经室内风干、磨碎，过尼龙网筛后存放。样品的混合、装袋、粉碎、研磨等处理都采用陶瓷或玛瑙用具，土壤样品的前处理与分析测定都按照国家标准执行，方法及涉及仪器见表1。

1.3.2数据处理。

数据的统计分析使用 Excel 2007。

2结果与分析

2.1可行性探讨

对28组表层土壤快速检测数据与实验室数据进行线性回归分析，结果显示：便携式XRF仪现场快速检测数据（C0）与实验室检测数据（C）有较强的线性相关性，R2=0.992 9，线性函数为y=1.170 9x-17.326 0（图1）；浅层土壤样品（27组）与深层土壤样品（20组）分析结果显示：便携式XRF仪现场快速检测数据（C0）与实验室检测数据（C）线性相关性差，R2分别为0.639 9和0.333 0（图2、3）。

2.2影响因素

相关研究表明，便携式XRF仪在测定过程中主要受测量面的凹凸不平（不平度效应）、样品成分变化（基体效应）、矿化不均匀（不均匀效应）、湿度的变化（湿度效应）4方面影响[4-6]。在利用便携式XRF仪对土壤开展现场快速检测前均对土壤样品进行压实压平处理，以尽可能减小受测量面的凹凸不平的影响；同时，针对土壤样品中潜在Pb含量的差异（样品成分变化），充分选取临近与远离河流及污染源等不同区域的土壤样品开展检测分析对照工作，以尽可能减少样品成分差异带来的影响。

鉴于此，该研究主要分析矿化度不均匀（不均匀效应）和湿度的变化（湿度效应）对便携式XRF仪现场快速检测结果准确性的影响。

2.2.1矿化不均匀（不均匀效应）。

采集表层、浅层与深层土壤样品，其中表层土壤（0～20 cm）以耕作层为主，受人类活动影响其矿化不均匀程度最低，浅层与深层土壤受人为扰动较小，并保持原生特征，矿化不均匀程度高，不均匀效应显著。结果显示：表层土壤的便携式XRF仪现场检测数据与实验室检测数据线性相关性强，而浅层与深层土壤线性相关性弱，矿化不均匀对检测结果的准确性影响较大。

2.2.2湿度的变化（湿度效应）。

以表示现场快速检测值和实验室分析结果间的差异，做差异与含水率之间的回归分析，结果显示：差异同含水率之间的线性相关性较弱，湿度变化未对现场快速检测值有显著的影响（图4、5、6）。

3结论

（1）便携式XRF仪对安宁河谷平原表层土壤的现场快速检测结果较为准确，土壤中Pb含量越高，现场快速检测结果越接近实验室分析结果，两者之间符合线性函数为y=1170 9x-17.326 0（R2=0.992 9），便携式XRF仪对表层土壤的现场快速检测有着较强的可行性。

（2）便携式XRF仪对浅层、深层土壤的现场快速检测结果与实验室分析结果差异较大，相关性較弱，其对浅层、深层土壤Pb的现场快速检测可行性有待进一步研究。

（3）便携式XRF仪对土壤的现场快速检测结果的准确性主要影响因素为矿化度矿化不均匀（不均匀效应），湿度的变化（湿度效应）对检测结果准确性的影响不显著。

参考文献

[1] 崔茂培.便携式XRF仪在金矿土壤化探找矿中的应用[J].四川地质学报，2015，35（2）：299-302.

[2] 葛良全，周四春，赖万昌.原位 X 辐射取样技术[M].成都：四川科学技术出版社，1997.

[3] 马俊杰，杨琦，王业耀，等.土壤重金属快速监测技术研究与应用进展[J].中国环境监测，2015，31（3）：132-138.

[4] 章晔，谢庭周，曹利国.X 射线荧光探矿技术[M].北京：地质出版社，1984.

[5] 葛良全.现场X射线荧光分析技术[J].岩矿测试，2013，32（2）：203-212.