便攜式XRF土壤重金屬快速分析儀在土壤檢測中的應用
近年來，重金屬污染事故頻發，如陜西鳳翔兒童血鉛超標、山東臨沂砷污染事件、湖南瀏陽鎘污染事件、紫金礦業污染事件、廣西龍江鎘污染事件等。這些重金屬污染事件不但給社會帶來了重大的經濟損失也威脅著人們的健康生活，也引起相關環保部門的高度重視，同時把重金屬污染，深化重金屬監測工作擺在了更加緊迫、更加重要的位置上。目前，由環保部牽頭制定的《全國土壤環境保護“十二五”規劃》已進入審批程序，該規劃預計將帶動產業總投資達數千億元。
與此同時，2015年12月14日環境保護部發布了土壤和沉積物環境標準HJ 780 -2015——《土壤和沉積物 無機元素的測量波長色散X射線熒光光譜法》。此標準2016年2月1日執行。此標準對25種無機元素和7中氧化物的質量分數范圍提出了要求。針對這一標準，天瑞儀器推出便攜式X射線熒光光譜儀，能夠快速、準確地分析土壤中金屬元素，K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Y、Ba、Sr、Br、Th、Pb、As和Zr元素的檢出限和定量限完全滿足HJ 780-2015環境保護標準要求。

X射線熒光光譜法測試原理：
X射線熒光光譜法是一種現代儀器分析方法，通過X射線管產生入射X射線（一次X射線），激發被測樣品；受激發的樣品中的每一種元素會發出特征X射線（二次X射線）——這種特征X射線具有特定的能量和波長特性（莫塞萊定律），這些放射出來的二次X射線的能量及數量被探測系統測量，通過配套軟件將這些射線轉化為樣品中各種組分元素的具體含量。
1 儀器測試方法

圖1 X射線熒光分析流程圖
1.1 設備及試劑
設備：X射線熒光光譜儀一臺explorer5000；電子天平一臺（精度0.01g）；自動壓片機一臺（壓力不小于40T）；鼓風干燥箱一臺；振動磨一臺；非金屬樣品篩（200目）
試劑： 粉末（分析純）；土壤標準物質；土壤樣品
1.2 樣品的采集、保存和前處理
土壤樣品的采集和保持按照HJ/T166執行，樣品的風干或烘干按照HJ/T166相關規定進行操作，樣品研磨后過200目篩，于105℃烘干備用。
用電子天平稱量5.00g過篩（200目）的土壤標準物質或樣品和12.00g粉末（鑲邊材質），稱量誤差±0.05g。然后放入壓片機中壓片成型，壓力30T（壓力范圍20～30T）,保壓時間30s。
1.3 工作曲線的建立和樣品分析
設定適當的測量條件，使用EDX3200S PLUS掃描標準物質（簡稱標樣）GSS-1～GSS-15，建立土壤標樣中關注元素含量與強度的線性工作曲線。然后，對未知樣品進行測量。
2. 測量及數據分析
2.1 土壤中關注的金屬元素及氧化物檢出限測量
EDX 3200S PLUS 配有三組濾光片，根據土壤中關注元素的特性，設置測試條件。用土壤標樣GSS-1-GSS-15標定儀器，建立環境土壤工作曲線。在環境土壤工作曲線下，使用高純SiO2 做空白基體，連續測試11次，根據檢出限公式： 3倍的空白基體的標準偏差除以儀器的靈敏度
終獲得EDX 3200S PLUS測量土壤樣品的方法檢出限，如下表所示
表1 土壤樣品中金屬元素及氧化物的檢出限
序
元素/化合物
國標要求 檢出限
儀器檢出限
判定
1
K2O
0.0
72.2
滿足
2
CaO
2700.0
39.3
滿足
3
Ti
.0
6.7
滿足
4
V
12.0
1.1
滿足
5
Cr
9.0
3.6
滿足
6
Mn
30.0
2.2
滿足
7
Fe2O3
0
6.6
滿足
8
Co
4.8
0.13
滿足
9
Ni
4.5
1.2
滿足
10
Cu
3.6
2.4
滿足
11
Zn
6.0
3.26
滿足
12
Ga
6.0
1.76
滿足
13
As
6.0
6.0
滿足
14
Br
3.0
1.3
滿足
15
Rb
6.0
1.0
滿足
16
Sr
6.0
1.3
滿足
17
Y
3.0
1.2
滿足
18
Zr
6.0
1.8
滿足
19
Pb
6.0
6.0
滿足
20
Th
6.3
2.4
滿足
21
Ba
35.1
13.5
滿足
注：
1、Co受Fe元素Kb嚴重干擾，通過公式得出極低檢出限是有一定的偏差。
2、由于這個型儀器沒有抽真空（或充氦氣），所以沒有做輕元素如Na2O、MgO、Al2O3和SiO2等。而La、Ce、Hf受散射本底影響無法得到有效譜，P、S、Cl在土壤標樣中都是高含量，沒有合適的低含量標樣，主要的原因是受本底影響很大，譜圖不規則，均沒有考慮。
3. 滿足國標的元素有K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Y、Ba、Sr、Br、As、Pb、Th和Zr。

手持式X熒光光譜儀 屬于江蘇天瑞儀器股份有限公司自主研發的產品，設備采用了能量色散X射線熒光光譜技術實現土壤中微量金屬有害元素的快速檢測，設備采用了先進的探測器和激發源等硬件配置。
本產品除了測量土壤和水系沉積物外，還可以用于稻米、小麥、谷物、**等作物中的重元素鎘（Cd）、鉛（Pb）、砷（As）和硒（Se）的快速無損檢測。
性能參數
產品型：Explorer5000
產品名稱：X熒光光譜儀
測量元素范圍：從鈉（S）到鈾（U）
元素含量分析范圍： ppm—99.99（不同元素，分析范圍不同）
同時分析元素：一次性可測幾十種元素
測量時間：60秒-300秒
探測器能量分辨率為：可達125eV
管壓：5KV-70KV
管流：50μA-1000μA
測量對象狀態：粉末、固體、液體
輸入電壓：AC 110V/220V
環境溫度：15℃-30℃
環境濕度：35-70
外形尺寸：380mm×360mm×418mm
性能特點
高效超薄窗X光管，指標達到國際先進水平
新的數字多道技術，讓測試更快，計數率達到0cps，精度更高。
FastSDD硅漂移探測器，良好的能量線性、能量分辨率和能譜特性，較高的峰背
自動穩譜裝置保證了儀器工作的一致性
高信噪比的電子線路單元
針對不同元素自動切換濾光片，免去手工操作帶來的繁瑣
解譜技術使譜峰分解，使被測元素的測試結果具有相等的分析精度
多參數線性回歸方法，使元素間的吸收、增強效應得到明顯的抑制
儀器具備輻射安全許可證，且對設備進行三重X射線屏蔽設計，保證了環境下無輻射泄漏，讓測試人員安全放心的使用
硬件聯動裝置，權限安全鎖，保證軟件失效的情況下還能對設備進行控制，保證設備在使用中的安全無放射
標準配置
高效超薄窗X光管
Fast SDD硅漂移探測器
數字多道技術
光路增強系統
高信噪比電子線路單元
自動切換濾光片
自動穩譜裝置
三重安全保護模式
相互的基體效應校正模型
多變量非線性回歸程序
應用案例


圖3 土壤樣品的熒光譜圖
土壤樣品的測試結果：
樣品名稱
K2O
CaO
Ti
V
Cr
Mn
Fe2O3
Co
Ni
Cu
土壤樣品
3.34
1.33
3976
35.8
32.1
276
2.16
12.4
8.6
6.4
樣品名稱
Zn
Ga
As
Rb
Sr
Y
Zr
Pb
Th
Ba
土壤樣品
41.3
24.3
12.5
101
286
17.6
296
12.2
12.1
685
注：氧化物的單位為 ，元素的單位為mg/kg。
附件：儀器的安裝和運營環境
一、實驗室總體設計：
按照樣品測試、樣品前處理的特點設立各個分室，應建立樣品測試室與樣品前處理室。科學地布置和安放儀器設備，布置電力線路，合理的采光、自然通風和照明。
布置示意圖：樣品測試室如下，具體要求見下方儀器安裝儀器條件。
二、工作環境要求
2.1 環境溫度：10℃-35℃
2.2 相對濕度：小于70
2.3 電源：AC 220V（如電網波動 ≥ 10，則需配專用交流穩壓器(1kw以上）。
2.4 房間：無腐蝕性氣體，無機械振動，無電磁場干擾。
附件:
土壤、水系沉積物環境新標準要求（HJ780-2015）
表2 測定元素分析方法檢出限和測定下限
序
元素/化合物
檢出限
測定下限
序
元素/化合物
檢出限
測定下限
1
砷（As）
2.0
6.0
17
硫（S）
30.0
90.0
2
鋇（Ba）
11.7
35.1
18
鈧（Sc）
2.4
6.6
3
溴（Br）
1.0
3.0
19
鍶（Sr）
2.0
6.0
4
鈰（Ce）
24.1
72.3
20
釷（Th）
2.1
6.3
5
氯（Cl）
20.0
60.0
21
鈦（Ti）
50.0
.0
6
鈷（Co）
1.6
4.8
22
釩（V）
4.0
12.0
7
鉻（Cr）
3.0
9.0
23
釔（Y）
1.0
3.0
8
銅（Cu）
1.2

手持式光譜分析儀Genius系列產品在小型X射線儀上引入了數字多道技術，使儀器檢出限更好，穩定性更高，適用面更廣，可充分滿足從原料檢測，生產過程控制到成品檢驗中各種元素成分的現場在線分析，金屬材料的可靠性鑒別和合快速識別，土壤重金屬現場檢測，各類地質礦樣的野外原位多元素分析等市場需求。



性能優勢

性能卓越堪比臺式機
小功率端窗一體化微型光管、大面積鈹窗SDD硅漂移探測器（世界上的探測器）及微型數字多道處理器三大核心技術的引入，大幅降低測試時間、提高檢測精度、減少測試誤差，使手持式儀器具有與臺式相近的測試性能。
小巧便攜、操作快捷
體積很小，便攜、方便野外工作。隨時隨地，隨心所欲的現場分析和原位分析。
無損檢測
整個檢測過程被測樣品無任何損壞
快速檢測
儀器既可手持1-2秒對樣品進行快速測試，也能使用座式對樣品進行較長時間的精細測試，10秒即可進行接近實驗室精度的測量。
新增輕元素檢測功能
較三代手持式X熒光分析儀，增加了可充氣系統，可采用常壓充氦氣系統對設備充氣。從而實現檢測從Mg開始的元素，大大擴展測試元素范圍，滿足特定客戶輕元素檢測需求。
直接測定無需制樣
野外分析無需制備樣品，可直接在待測物表面進行測定，可分析任何樣品類型，包括電子電器產品、合金樣品、地質礦產、土壤、巖石、泥土、殘渣、固體小顆粒、液體沉積物等。
高清攝像頭檢測更加
內置高清晰攝像頭，可以隨時觀察被測樣品的測試位置，這一點情況在RoHS、地礦樣品中猶為重要。
偏差校正輕松到位
多種測試模式設置及無限數目模式的添加，配合自動測試模式匹配功能，實現一鍵式輕松測試。內置強度校正方法，可校正幾何狀態不同和結構密度不均勻的樣品造成的偏差。
專業軟件，操作簡易
有害元素分析儀，合金分析儀，礦石分析儀，土壤重金屬分析儀均配置專業的應用軟件。全新的軟件界面和內核，將FP和EC軟件相結合，應用面更廣大。靈敏度高、測試時間短、操作簡易，對操作人員限制很小的特點。
準直濾光片，三倍提升
在準直濾光片組合基礎上，從原有4組增加到12組的,提升了三倍。
數據傳輸更加高速
采用嵌入式Windows CE系統，高顯示分辨率（0*480）液晶顯示觸摸屏，結合數字多道技術，采用SPI數據傳輸，有效提升數據傳輸能力與數據運算能力。在任何環境中，測試數據都盡在掌中。
輻射防護、關愛健康
三重安全防護功能，自動感應，具有無樣品空測，2秒自動關X光管功能；工作時的輻射水平遠低于國際安全標準，無射線泄漏；加厚防護測試壁；配送測試防護安全罩。
電量強勁、充電方便
鋰電池電量容量7800H，可連續工作8小時，較前三代設備，續航能力增加一倍。并配備了寬電壓的交流充電器或車載式充電器，保證隨時隨地進行測試。
警告指示，預防誤操作
警告指示系統，通電時綠色指示燈亮，測試時輻射指示燈閃爍，防止誤操作。
多重防護，經久耐用
儀器自身具備防水防塵功能，并可在高溫高濕環境下連續使用，其保護箱采用度**用品，有良好的防潮防震防壓三防功能。



測量元素范圍：鎂（Mg）到鈾（U）之間的元素均可測量
同時檢測元素：數幾十種元素可同時分析
處理器和內存：CPU：667MHz,內存：256M，擴展存儲支持32G，標配2G，可以海量存儲數據。
含量范圍：ppm～99.99
檢測時間：3-30秒
GPS、WIFI：內置系統
電池使用時間：可充電鋰電池，電池電量7800H,可持續工作8小時；配有寬電壓110V-220V通用適配器，可交流供電使用。
檢測對象：固體、液體、粉末
探測器：25mm2 0.3mil，SDD探測器
探測器分辨率：可達139eV
激發源：50KV/100uA-銀端窗一體化微型X光管及高壓電源
準直器和濾光片：直徑4.0和2.0mm準直器，6種濾光片組合自動切換，12種組合，世界上多的組合方式，可滿足各種類樣品的測試
檢測對象：固體、液體、粉末
視頻系統：高清晰攝像頭
顯示屏：半透半反式液晶顯示觸摸屏，其分辨率是0*480
檢出限：檢出限達ppm級
檢測窗口：12mm
安全性：自帶模式，數據可隨意保存
可充氣系統：常壓充氦氣系統
數據傳輸：數字多道技術，SPI數據傳輸，快速分析，高計數率；
防水迷你U，并且可以外接臺式電腦。
操作環境濕度：≤90
操作環境溫度：-20℃～+50℃
儀器外形尺寸：234×306×82mm（L×H×W）
儀器重量：1.9Kg（配備電池），

手持式光譜分析儀通過嚴格檢測和驗證，各項指標均符合相關技術要求，技術達國際先進水平。產品已開始批量銷售于國內外市場，受到客戶的**，打破國外廠家的壟斷。

EXPLORER 5000手持式x熒光光譜儀運用升級版顯示屏高清晰度液晶顯示屏及數字多道數據統計CPU的手持合金材料檢測儀。是第六代SDD探測技術的手持式XRF。非常低的檢出限使便攜式x熒光分析儀的特點媲美臺式一體機XRF；實驗儀器很輕，變輕，可隨身攜帶進行側量，可用各種各樣類鋁合金型材別試品的分析。
鋁合金型材主要用途
貴金屬鋁合金型材
不銹鋼板材煉鋼廠
廢金屬回收
機械制造與生產制造
鍋爐壓力容器
航天工業
船舶制造
檢測各式各樣貴金屬鋁合金型材、高高的碳素鋼、不銹鋼板材、碳素鋼、鉻/鉬鋼、鎳合金、鈷合金、鎳/鈷耐熱合金、鈦金屬、合金銅、紫銅、鋅合金材料、鎢合金等，無損檢測技術，1s就能掌握原料的成分及鋁合金型材鋼材型號。
還可對鋁、鎂輕鋁合金型材鋼材型號進行快速鑒定，并可對原料進行效率性鑒別(PMI)和明確，操縱原料品質。
手持式x熒光分析儀
EXPLORER 3000F手持式XRF 傷害元素分析儀運用更方便快捷、應用更廣泛。
能用以電子元件與預制構件的原料生產加工；對電子元器件零部件、原材料代理商進行評估組；對塑料包裝制品進行檢驗與驗證；對各種各樣電池進行有害物質檢驗與驗證；以及各式各樣玩具、日用品、幼兒用品、禮品的檢驗；對大容量預制構件進行無阻止、無限定室內空間設計檢驗；對細膩預制構件定位，以消除干攏；對隱私物品進行無損檢測技術等。
RoHS主要用途
電子電氣生產加工
廢料電子元器件舊電器回收
機械制造與生產制造
玩具生產加工
塑料包裝制品生產加工
出入境簽證產品質量檢測


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