XRF分析技术在土壤重金属检测中的应用研究

摘要

本文选题来自国家863计划项目之“高精度手提式X荧光仪的研发”编号为:2012AA06180301。在社会经济快速发展的今天，我们生活在工业文明的成果中，没有顾虑到环境问题已经成为危害我们生活质量的关键因素。
　　目前来说，在诸多的环境污染问题之中又以土壤环境污染最受大家关注。土壤是人类各种资源的来源地，人们日常生活所需的各种资源离不开土壤。土壤环境的优劣不仅仅关系着各种动植物的生长和环境的质量，更是和人类本身的身体健康有着密切相关的联系。因此对土壤产生污染的主要成因—重金属研究成了日前非常迫切的研究方向。
　　就目前来说现在对土壤重金属的研究分为了两类:一个是修复土壤重金属污染;另外一个就是土壤受到重金属污染情况的检测分析。土壤重金属污染情况的检测研究是修复土壤重金属污染研究的前提，只有搞清了土壤重金属污染的切实情况才能提出相对应的修复措施。在现实的条件下，常用的重金属分析方法有:原子荧光、原子吸收、分光光度法、XRF分析法，ICP及ICP-MS法。
　　本文利用波长色散X射线荧光光谱检测技术建立了针对城乡结合部的农田重金属的检测方法。主要讨论了关于X荧光光谱分析测量精度的各种影响要素和相对应的校正方法，对南方商品粮生产区代表区域西南某市、华东某市、华南某市等地的城乡结合部农田土壤样品作了分析研究。论文取得的主要成果有:
　　(1)详细介绍了国内外X荧光分析应用领域的最新研究成果。讨论了关于在土壤重金属检测领域X荧光分析检测技术的应用现状和目前所遇到的主要问题。提出了利用X荧光光谱检测技术建立系统地检测土壤重金属的方法。
　　(2)研究实验仪器以及样品处理各方面达到的最优化条件，例如实验仪器的高压、电流的选择;校正角度、扣除背景;确定测定时间。对本实验影响较大的样品制备条件饱和厚度、紧实度的研究分析。通过实验得出实验仪器的各元素的最优化测量条件;通过实验得出在制样压力15MPa以下As的计数率与样品质量关系，在此情况下样品的质量只有达到4g以上，才能达到饱和厚度;当试样的厚度已经饱和时，通过实验得出As的计数率与制样压力的关系，在此情况下制样压力只有达到15MPa以上其所受的影响最小。最适的土壤样本测试条件为:干燥后，制片压力15MPa，饱和厚度——样品质量4g以上。
　　(3)采用X荧光光谱分析法，利用理论α系数校正基体效应，建立Cu、Cr、Ni、Zn、As、Pb六种元素的校正工作曲线。其各元素的校正系数为:Cr对SiO2的α系数为0.3112，对Fe2O3的α系数为0.2711，对CaO的α系数为3.1803;Ni对Fe2O3的α系数为-0.7443，对CaO的α系数为-0.1252; Cu对Fe2O3的α系数为-0.8223，对CaO的α系数为-0.2943; Pb对Fe2O3的α系数为-0.5052，对CaO的α系数为-0.1167;Zn对Fe2O3的α系数为-0.63，对CaO的α系数为-0.1153;As对于Pb的重叠干扰因子校正系数为0.295285。对Fe2O3的α系数为-0.0001，对CaO的α系数为-0.0001。
　　(4)对X荧光光谱法进行方法评价即精密度和准确度分析，对方法检出限进行验证。方法精密度即相对标准偏差(RSD)均小于6.2％，方法准确度即相对误差均小于3.09％，降低了仪器测量各元素的检出限，使其在0.9-2.0之间。
　　(5)利用建立好的X荧光光谱分析模型对三个地区的城乡结合部农田土壤进行重金属检测。实验结果表明城乡结合部的重金属污染情况正在加剧，并且随着工业发展程度而不同。三个地区的城乡结合部重金属的污染都不严重，在可控的范围内。因为调查区域的差异，华东地区农田土壤重金属相对含量较高，华南次之，西南地区含量在背景值附近。实验结果表明X荧光光谱分析法用于检测土壤重金属的含量是合适的。

目录

声明

摘要

第一章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．1．1 土壤重金属来源广泛

1．1．2 土壤重金属污染的危害

1．1．3 土壤重金属的主要检测方法

1．2 国内外研究现状

1．2．1 X荧光分析技术在冶金和地质方面的应用

1．2．2 X荧光分析技术在食品安全方面的应用

1．2．3 X荧光分析技术在土壤重金属检测中的应用

1．3 研究内容与技术路线

第二章 XRF光谱分析的理论基础

2．1 X射线物理学基础

2．1．1 X射线的本质和定义

2．1．2 光电效应与特征X射线荧光的产生

2．2 X荧光分析方程

2．2．1 定性分析的物理基础

2．2．2 定量分析的基本方程

2．3 X荧光分析仪的工作原理

2．3．1 X射线管

2．3．2 分光系统

2．3．3 探测器

第三章 XRF光谱测定条件的选取

3．1 实验样品

3．2 波长色散谱仪定量分析条件的选择

3．2．1 X光管的高压和电流的选择

3．2．2 角度的校正、背景的扣除和计数时间的确定

3．2．3 脉冲高度分析器

3．3 样品的制备及影响因素

3．3．1 样品制备方法及实验仪器

3．3．2 土壤样品饱和厚度的分析

3．3．3 土壤样品紧密度分析

3．4 校正曲线的建立

3．4．1 理论α系数法

3．4．2 谱线重叠分析

3．4．3 基体效应干扰分析

第四章 土壤中重金属含量的XRF光谱分析

4．1 土壤样品的采集与处理

4．2 土壤样品的化学分析

4．3 方法评价

4．3．1 精密度分析

4．3．2 准确度评价

4．3．3 分析方法的检出限验证

4．4 结果与分析

4．4．1 X荧光分析法分析结果

4．4．2 误差分析

结论

致谢

参考文献

在学习期间所取得的科研成果