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(fā)，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(yè)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(huán)保部門的高度重視，同時把重金屬污染，深化重金屬監(jiān)測工作擺在了更加緊迫、更加重要的位置上。目前，由環(huán)保部牽頭制定的《全國土壤環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》已進入審批程序，該規(guī)劃預計將帶動產業(yè)總投資達數千億元。
與此同時，2015年12月14日環(huán)境保護部發(fā)布了土壤和沉積物環(huán)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(zhí)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(huán)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(xiàn)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(fā)被測樣品；受激發(fā)的樣品中的每一種元素會發(fā)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(tǒng)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(zhí)行，樣品的風干或烘干按照HJ/T166相關規(guī)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(huán)境土壤工作曲線。在環(huán)境土壤工作曲線下，使用高純SiO2 做空白基體，連續(xù)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(guī)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(fā)的產品，設備采用了能量色散X射線熒光光譜技術實現(xiàn)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(fā)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(tài)：粉末、固體、液體
輸入電壓：AC 110V/220V
環(huán)境溫度：15℃-30℃
環(huán)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(wěn)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(huán)境下無輻射泄漏，讓測試人員安全放心的使用
硬件聯(lián)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(tǒng)
高信噪比電子線路單元
自動切換濾光片
自動穩(wěn)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(huán)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(huán)境要求
2.1 環(huán)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，則需配交流穩(wěn)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(huán)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

汽車織物有害元素測試：紡織品作為車用內飾材料已被廣泛使用從汽車內插放地圖用的一小段松緊帶、車輛保險帶到車頂、門板面料、窗簾、座椅面料、車內地毯等等紡織材料及紡織制品。這些物品經常會與人體發(fā)生接觸，很有必要進行有害元素測試。而此類樣品體積較大，無法分割，不能放入儀器測試腔中測試。針對此類樣品使用Genius 6000 XRF測試儀就能完美的解決問題。
測量元素范圍：鎂（Mg）～鈾（U）
同時檢測元素：數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(tǒng)
電池使用時間：可充電鋰電池，電池容量7800mAh，可持續(xù)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，SDD探測器
探測器分辨率：可達139eV
激發(fā)源：50KV/100μA 銀靶端窗一體化微型X光管及高壓電源
準直器和濾光片：直徑4.0mm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，可滿足各類樣品測試
視頻系統(tǒng)：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640×480
檢出限：檢出限達ppm級
檢測窗口：Φ12mm
安全性：自帶密碼管理員模式，數據可隨意保存
可充氣系統(tǒng)：常壓充氦氣系統(tǒng)
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USB，并且可以外接臺式電腦
操作環(huán)境濕度：≤90
操作環(huán)境溫度：-20℃～+50℃

EXPLORER 3000 便攜式X熒光有害元素分析儀

探險者EXPLORER便攜式X熒光分析儀(手持式光譜儀)是天瑞儀器結合10年手持XRF技術研發(fā)經驗，集中了光電子、微電子、半導體和計算機等多項技術，研制出具有自主知識產權的全新一代手持XRF產品。EXPLORER 3000F便攜式XRF 有害元素分析儀是天瑞儀器針對RoHS行業(yè)特別研發(fā)設計的手持檢測分析儀。儀器引入數字多道技術，使檢出限更低，穩(wěn)定性更高，適用面更廣，性能媲美臺式機；小巧便攜的體積使檢測工作更簡單、更輕松。



在歐盟玩具指令頒布實施后，天瑞XRF系列產品迅速成為玩具生產商進行玩具安全檢測的有力保障。天瑞全新一代EXPLORER 3000F便攜式XRF 有害元素分析儀使用更方便、應用更廣泛。可用于電子元件與部件的材料生產；對電子零部件、原材料供應商進行第三方評估；對包裝材料進行測試與驗證；對各類電池進行有害物質測試與驗證；以及各種玩具、文具、兒童用品、禮品的測試；對大體積部件進行無阻擋、無限制空間測試；對精細部件定位，以排除干擾；對貴重物品進行無損檢測等。

RoHS行業(yè)應用

電子電器制造
廢舊電子電器回收
機械制造與加工
玩具生產
包裝材料生產
出入境檢驗檢疫
......

儀器應用領域優(yōu)勢

檢測元素：分析9大重金屬元素

專業(yè)性:有害元素版分析軟件，采用智能一鍵測試和智能判斷功能

超大樣品測試
當樣品體積太大，且不能切割取樣時，普通臺式儀器無法對其進行ROHS等有害元素的有效測試。此時EXPLORER 3000則可大顯神通，直接對其表面進行測試，使用更方便快捷，大大提高了檢測效率。

玩具樣品測試
玩具樣品多種多樣，測試量大。重復取樣，實驗室測試時間過長。使用EXPLORER 3000可進行現(xiàn)場測試，大大縮短了生產周期，節(jié)省了生產時間。

包裝材料測試
玩具包裝材料外形尺寸較大，樣式較多，外層油墨較多。使用普通臺式機無法快速、全面進行測試。EXPLORER 3000可手持操作，任意選取檢測點，操作更快更靈活，檢測結果更準更全面。

廢舊電子電器回收
針對廢舊電子電器產品回收與利用行業(yè)，EXPLORER 3000可以對大量電子廢料進行現(xiàn)場檢測與快速分類。

EXPLORER 5000 便攜式X熒光合金分析儀


現(xiàn)場快速、準確地分析合與元素

探險者EXPLORER便攜式X熒光光譜儀(便攜式光譜儀)是天瑞儀器結合10年手持便攜式研發(fā)經驗，集中了光電子、微電子、半導體和計算機等多項技術，研制出具有自主知識產權的，全新一代手持XRF產品。EXPLORER 5000便攜式XRF合金分析儀(便攜式光譜儀)是先使用全新大屏高分辨率液晶顯示屏及新型數字多道數據處理器的便攜式手持合金分析儀。超低的檢出限使手持式分析儀的性能媲美臺式機；儀器體積小，重量輕，可隨身攜帶進行測量，適用于各類型合金樣品的分析。

合金行業(yè)應用

貴金屬合金
鋼鐵冶煉
廢舊金屬回收
機械制造與加工
鍋爐壓力容器
工業(yè)
船舶制造
......

儀器應用領域優(yōu)勢
檢測元素：可同時分析40個元素

專業(yè)性：合金版分析軟件，采用智能一鍵測試

擁有500多種牌的智能合金庫
EXPLORER 5000 可準確檢測各種貴金屬合金、高低合金鋼、不銹鋼、工具鋼、鉻/鉬鋼、鎳合金、鈷合金、鎳/鈷耐熱合金、鈦合金、銅合金、青銅、鋅合金、鎢合金等，無損檢測，1秒鐘即可知曉材料的成分及合。還可對鋁、鎂輕合進行快速鑒定，并可對材料進行可靠性鑒別(PMI)和確認，掌控材料品質。

材料可靠性鑒別
在合金材料生產、機械設備加工制造過程中，對于材料的辨識與元素檢測是不可分割的，
EXPLORER 5000 專業(yè)無損檢測能有效防止原材料混料，杜絕不必要的損失。

工業(yè)生產過程中的品質控制
EXPLORER 5000 專業(yè)無損檢測可用于鋼鐵冶煉、鍋爐等高溫高壓行業(yè)生產過程中的品質控制與管理，確保材料品質；船舶制造、等高技術行業(yè)中合金成分的識別，從而保障產品質量與安全；電力電站等有關國計民生行業(yè)中，鑒定設備零部件是否達標，保證設備安全。

廢舊金屬回收與再利用
針對廢舊金屬回收與利用行業(yè)，EXPLORER 5000 可以對大量金屬廢料進行現(xiàn)場檢測和快速分類。可用于倉庫積壓鋼材回收；廢品收購站金屬分類；車削切屑或刨屑碎片等各個廢舊金屬回收利用環(huán)節(jié)。是廢舊金屬回收再利用行業(yè)中進行金屬識別、鋼材識別的有力武器。





EXPLORER 7000 便攜式X熒光礦石分析儀

秉承20多年X熒光光譜儀(便攜式光譜儀)研發(fā)經驗，天瑞儀器全新一代手持XRF礦石分析儀——探索者EXPLORER 7000再次帶來了一場分析領域的革命。EXPLORER 7000引入數字多道技術，使檢出限更低，穩(wěn)定性更高，適用面更廣，性能媲美臺式機；小巧便攜的體積在探礦、找礦以及各類地質礦樣多元素檢測和分析、礦渣精煉分析中充分發(fā)揮作用，使探礦工作更為簡單、輕松。

地礦行業(yè)應用優(yōu)勢

檢測元素：標準配置可檢測60種元素，同時可按客戶需求增加檢測元素

專業(yè)性：礦石版分析軟件，采用智能一鍵測試

個性化定制工作模式
多種礦樣模式選擇和無限數目模式的添加，根據客戶需求定制工作模式。

準確界定礦山邊界
內置GPS功能，在野外可隨時搜索衛(wèi)星，在測試時可隨時記錄測量的經緯度、海拔高度，確定取樣點的地理位置信息，并隨測試報告同時保存。

獲得的坐標分析數據可繪制成礦山礦石分布圖，從而快速普查大范圍礦區(qū)，準確掌握礦脈走向，界定礦山邊界，做到優(yōu)先開采富礦區(qū)，大大提高生產效率。

內置藍牙功能，配置藍牙打印機后，可實現(xiàn)重點礦區(qū)原位測試的“邊測邊打”功能。

充分挖掘礦山價值
高清攝像頭，可對被檢測的礦脈或礦點部位進行更直觀的觀察，并對開采過程進行管理和控制，隨時檢測礦石品位。

對選礦過程中原礦、精礦和尾礦等進行快速分析，為礦石品位的測定、礦物貿易、加工以及再利用提供價值判定依據。

環(huán)境監(jiān)控
對開采礦山周圍土壤中的重金屬進行監(jiān)測和檢測，評估礦山環(huán)境的修復情況，限度的監(jiān)測好礦山周邊的環(huán)境。

EXPLORER 9000 便攜式X熒光土壤重金屬分析儀

探險者EXPLORER便攜式X熒光分析儀是天瑞儀器結合10年便攜XRF技術研發(fā)經驗，集中了光電子、微電子、半導體和計算機等多項技術，具有自主知識產權的全新一代手持XRF產品。
EXPLORER 9000便攜式XRF(手持式光譜儀)土壤重金屬分析儀是先使用全新大屏高分辨率液晶顯示屏及新型數字多道數據處理器的便攜式手持土壤重金屬分析儀。EXPLORER 9000可對土壤污染物進行原位測試與修復分析，可對污染土壤中的、鎘、鉛、砷、銅、鋅、鎳、鈷、釩、鉻、錳等重金屬元素進行有效檢測，還可根據客戶需求定制增加檢測元素。儀器不僅體積小、重量輕，可隨身攜帶進行測量；而且性能卓越，堪比臺式機，即使是重金屬含量較低的土壤也能輕松測定。


環(huán)保土壤行業(yè)應用領域

土壤污染普查與環(huán)境評價
土壤污染應急處理
土壤修復
......

儀器應用領域優(yōu)勢

檢測元素：同時檢測、鎘、鉛、砷、銅、鋅、鎳、鈷、釩、鉻、錳等元素，可根據客戶需求定制增加檢測元素

專業(yè)性：重金屬分析軟件，采用智能一鍵測試和智能判斷功能

可對污染土壤中的、鎘、鉛、砷、銅、鋅、鎳、鈷、釩、鉻、錳等重金屬元素進行有效檢測，還可根據客戶需求定制增加檢測元素。

土壤重金屬普查

內置GPS功能，在野外可隨時搜索衛(wèi)星，確定取樣點的地理位置信息，快速普查超大范圍的土壤地質污染區(qū)，建立污染地圖，實時監(jiān)控各區(qū)域的污染情況。對各類農業(yè)用地、居住用地、商業(yè)用地、工業(yè)用地等級進行重金屬污染環(huán)境評價。

土壤重金屬污染后的應急處理

常用于污染事件發(fā)生后的應急處理。能快速、現(xiàn)場追蹤污染異常，有效尋找“污點”地帶，圈定污染區(qū)域邊界，進行實時勘察。

助力污染區(qū)土壤修復

對污染地帶進行等級劃分，圈定重點土壤污染區(qū)，按照劃分好的區(qū)域進行重點優(yōu)選治理，提高篩查效率，并實時監(jiān)控污染區(qū)的土壤修復情況。

便攜式X熒光分析儀六大性能優(yōu)勢：

1，更便捷的操作
1、重量輕，體積小，人體工程學把手設計，配有儀器套，更易抓握，野外使用更方便。
2、270 °可旋轉5寸高清屏，支持多點操控，任何光線下都能清晰顯示。
3、密封式一體設計，具備防水防塵功能，可在惡劣環(huán)境下連續(xù)使用。
4、無需制備樣品，可直接對待測物表面進行測定。儀器既可手持進行快速測試，也能使用測試座對樣品進行較長時間的精細測試。

2，更卓越的性能
1、無損快速檢測，對準即測，一秒可報結果和合。性能堪比臺式機，檢測效果又快又準。
2、同時檢測 鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、鍺、鋯、鈮、鉬、釕、銠、 鈀、銀、銦、錫、銻、鉿、 鉭、 鎢 、錸、鉑、金、鉛、 鉍、鎂、鋁、硅、磷、硫 元素，并且可以根據客戶需求進行定制再增加元素。
3、超近光路設計，儀器無需充氦氣，可檢測從Mg開始的輕元素，完全可以滿足特定用戶的需求。

3，更強勁的電力
1、選配超大27000H鋰電池，續(xù)航工作時間可達三天。并配備交流和車載充電器，保證電力供應。
2、內置

天瑞儀器在已掌握的臺式X熒光光譜儀技術的基礎上，結合國外相關新的技術發(fā)展成果，研發(fā)出自己的商品化手持式X熒光光譜儀。新一代Genius 6000XRF分析儀是專門針對汽車行業(yè)在現(xiàn)場以及對大件不可分拆樣品進行X熒光分析的需求而設計的，產品超小、超輕、超美、超安全、超方便、超長待機時間、超防水、超準、超快等特點，并引入了數字多道技術，使儀器檢出限更好，穩(wěn)定性更高，適用面更廣。該款儀器可應用于汽車行業(yè)中有害元素、涂覆層厚度和金屬材料的檢測。
性能優(yōu)勢:
性能堪比臺式機
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）及微型數字信號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
體積小，便攜、方便野外工作，隨時隨地實現(xiàn)現(xiàn)場分析和原位分析。
無損、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，整個檢測過程被測樣品無任何損壞。
輕元素檢測功能
采用常壓充氦氣系統(tǒng)對設備充氣，從而實現(xiàn)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。
高清攝像頭檢測更加精準

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