胡明情

(宜昌市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，湖北 宜昌 443000)

XRF法檢測土壤重金屬的影響因素

胡明情

(宜昌市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，湖北 宜昌 443000)

對X射線熒光(XRF)法檢測土壤重金屬的影響因素進(jìn)行探討，研究證實(shí)土壤樣品厚度、粒徑和含水率均會對熒光強(qiáng)度產(chǎn)生影響，且影響程度與X射線的能量有關(guān)，對低能量X射線的影響顯著大于對高能量X射線的影響。為保障分析的質(zhì)量，在應(yīng)用XRF法進(jìn)行土壤重金屬檢測時(shí)，土壤樣品應(yīng)完全干燥，混合均勻，保持土壤粒徑均勻一致，土壤樣品厚度統(tǒng)一為10 mm。

X射線熒光法；土壤；重金屬

X射線熒光(XRF)法可快速、非破壞性地測定土壤樣品中多種金屬元素的含量[1]。

在環(huán)境保護(hù)監(jiān)測領(lǐng)域，XRF法特別適用于土壤污染調(diào)查和土壤修復(fù)中各種重金屬元素的快速探測、篩查，可現(xiàn)場及時(shí)確定土壤中金屬元素的污染水平[2-5]。XRF法是根據(jù)土壤樣品中待測元素的熒光強(qiáng)度與其含量之間的線性關(guān)系進(jìn)行定量分析的。

然而，熒光強(qiáng)度會受到土壤樣品的厚度、粒徑和含水率等因素的影響[6-7]，在用XRF法測定土壤中重金屬時(shí)需采取適當(dāng)措施，以保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確可靠[8-9]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

X-MET 3000 TX型XRF分析儀(Oxford Instruments,英國)，射線源為X射線管，Rh靶，最大工作電壓40 kV，最大工作電流40 μA；儀器內(nèi)置4片濾光片；熒光檢測器為Penta-Pin檢測器，分辨率高達(dá)165 eV。

1.2 樣品采集及制備

采集湖北省宜昌市周邊壤土、黏土和水系沉積物樣品，按國家土壤重金屬監(jiān)測規(guī)范，樣品經(jīng)干燥、粉碎后，摻入不同的重金屬元素，再經(jīng)混合、干燥、研磨、篩分，制成待測土壤樣品3份，分別為：

土壤樣品1：為壤土樣品，平均粒徑<4 μm，摻入4種元素 (Fe、Se、Pb和Cd)。

土壤樣品2：為黏土樣品，有6種粒徑(<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，)，摻入4種元素(Ba、Fe、Pb和Cd)。

土壤樣品3：為水系沉積物樣品，粒徑為75～150 μm，摻入4種元素(Sr、Fe、Ti和Ca)。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤樣品厚度與熒光強(qiáng)度的關(guān)系

以土壤樣品1為研究對象，分別測定不同土壤樣品厚度下Fe Kα (6.4 keV)、Se Kα (11.2 keV)、Pb L? (12.6 keV)和Cd Kα (23.2 keV)的熒光強(qiáng)度，結(jié)果見圖1(a)(b)(c)(d)。

圖1 土壤樣品厚度與熒光強(qiáng)度的關(guān)系

由圖1可知，當(dāng)土壤樣品厚度約為1 mm時(shí)，F(xiàn)e的熒光強(qiáng)度達(dá)飽和；Se和Pb在土壤樣品厚度為2.5 mm時(shí)，熒光強(qiáng)度達(dá)到飽和；而Cd在土壤樣品厚度約為5.3 mm時(shí)，熒光強(qiáng)度達(dá)飽和。由此可見，當(dāng)土壤厚度增加到一定大小時(shí)熒光強(qiáng)度會達(dá)到飽和，這是由于達(dá)到熒光強(qiáng)度飽和的土壤厚度與X射線熒光的能量相關(guān)，土壤對高能量X射線的吸收小于對低能量X射線的吸收，高能量X射線比低能量X射線的飽和厚度更大。初級X射線由于能量較大，當(dāng)土壤厚度<10 mm時(shí)可輕易到達(dá)土壤的底部。而熒光X射線能量相對較小，且不同的X射線能量各不相同。土壤深處產(chǎn)生的較高能量X射線熒光能穿透較厚土壤層而不被嚴(yán)重吸收，可在樣品表面檢測到。相反，樣品底部產(chǎn)生的低能量X射線熒光會被土壤輕易吸收，在樣品表面則檢測不到。 因此，在分析土壤中所有有害金屬時(shí)土壤厚度應(yīng)>6 mm。

2.2 土壤含水率與熒光強(qiáng)度的關(guān)系

將土壤樣品3在100 ℃的烘箱中干燥3 h，通過加入不同體積的純水，制成含水率不同的樣品若干份，土壤樣品厚度為10 mm，分別測量4種元素的熒光強(qiáng)度。Sr Kα (14.2 keV)、Fe Kα (6.4 keV)、Ti Kα (4.5 keV)和Ca Kα (3.7 keV) 的相對熒光強(qiáng)度與含水率的關(guān)系結(jié)果見圖2。

圖2 土壤含水率與相對熒光強(qiáng)度的關(guān)系

由圖2可見，熒光強(qiáng)度隨土壤含水率增加而降低，低能量X射線熒光強(qiáng)度隨土壤含水率增加而降低的趨勢更明顯，當(dāng)含水率增加到32%時(shí)，Sr的熒光強(qiáng)度降低10%，而Ca的熒光強(qiáng)度降低約70%。因此，在采用XRF法測定重金屬前，土壤應(yīng)干燥。

2.3 土壤粒徑與熒光強(qiáng)度的關(guān)系

以土壤樣品2為研究對象，樣品厚度為10 mm，分別測量不同粒徑土壤樣品的熒光強(qiáng)度，Ba Lα (4.5 keV)、Fe Kα (6.4 keV)、Pb L? (12.6 keV)和Cd Kα (23.2 keV)的相對熒光強(qiáng)度與土壤樣品粒徑(最大粒徑與最小粒徑的中位數(shù))的關(guān)系見圖3(a)(b)。由圖3可知，土壤粒徑也會影響熒光強(qiáng)度，低能量X射線(Ba，F(xiàn)e)熒光強(qiáng)度隨土壤粒徑減小而增強(qiáng)，高能量X射線(Pb，Cd)具有同樣的趨勢，但程度相對較弱。故采用XRF法進(jìn)行土壤樣品中的重金屬分析時(shí)，應(yīng)考慮土壤顆粒大小的影響，特別是對于低能量X射線。因此，采用XRF法分析時(shí)，土壤粒徑應(yīng)均勻一致。

圖3 土壤粒徑與熒光強(qiáng)度的關(guān)系

3 結(jié)語

土壤樣品厚度、粒徑和含水率均會對熒光強(qiáng)度產(chǎn)生影響，且影響程度與X射線的能量有關(guān)，對低能量X射線的影響顯著大于高能量X射線。采用XRF法分析時(shí)，為保障從輕元素到重元素的所有元素的分析，推薦土壤樣品厚度為10 mm，同時(shí)土壤粒徑應(yīng)均勻一致，土壤檢測前應(yīng)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，高級工程師，學(xué)士，從事環(huán)境監(jiān)測工作。

X833；O657.34

A

1674-6732(2016)02-0023-02