改进X荧光光谱仪快速检测土壤中重金属

针对传统能量色散X荧光仪(energy dispersive X-ray fluorescence,EDXRF)分析土壤中微量重金属测量精确度低的问题,提出了一种X荧光仪改进方法。为了减少反射X射线的影响,入射X射线垂直照射样品,探测器平行放置与样品一侧且垂直于X射线。样品与探测器之间由准直器连接。对国家标样测量结果表明,仪器对Mo,Zn,Cu,Pb,Zr,Nb的检出限为0.4,6.68,1.97,6.84,1.60,7.59 mg·kg-1。各元素对数偏差在0～0.05之间。元素含量在三倍检出限以上RSD%(GBW)小于7,元素含量在三倍检出限内RSD%(GBW)小于15。为了验证改进后X荧光仪测量效果,在大兴安岭地区采集土壤样品与传统荧光仪进行比较分析。改进X荧光仪提高了土壤中微量重金属测量精度,满足野外地质普查要求。     

改进X荧光光谱仪快速检测土壤中重金属（英文）

针对传统能量色散X荧光仪(energy dispersive X-ray fluorescence,EDXRF)分析土壤中微量重金属测量精确度低的问题,提出了一种X荧光仪改进方法。为了减少反射X射线的影响,入射X射线垂直照射样品,探测器平行放置与样品一侧且垂直于X射线。样品与探测器之间由准直器连接。对国家标样测量结果表明,仪器对Mo,Zn,Cu,Pb,Zr,Nb的检出限为0.4,6.68,1.97,6.84,1.60,7.59mg·kg-1。各元素对数偏差在0~0.05之间。元素含量在三倍检出限以上RSD%(GBW)小于7,元素含量在三倍检出限内RSD%(GBW)小于15。为了验证改进后X荧光仪测量效果,在大兴安岭地区采集土壤样品与传统荧光仪进行比较分析。改进X荧光仪提高了土壤中微量重金属测量精度,满足野外地质普查要求。     

能量色散X射线荧光光谱检测土壤重金属砷、锌、铅和铬（英文）

利用X射线荧光光谱检测土壤重金属砷、锌、铅和铬元素的含量。通过分析仪器检出限和准确度,得出仪器适用性良好。然后,利用二维相关同步光谱获得重金属元素的X射线荧光光谱能谱范围和变量数,得出铅元素的能谱范围分别为10.380～10.740和12.435～12.900keV,砷元素的能量范围是10.380～10.740和11.610～11.880keV,铬元素的能量范围是5.310～5.520和5.805～6.015keV,锌元素的能量范围是8.520～8.805和9.555～9.630keV,铅、砷、铬和锌的变量数分别为57,44,30和26。最后,根据获得的能谱范围,采用偏最小二乘回归方法建立重金属元素的X射线荧光光谱定量分析模型,得出砷元素的模型性能最佳,其次是铅、锌和铬,预测相关系数都高于0.92。研究表明,利用二维相关光谱获得的能谱范围有助于提高模型的预测性能和便携式X射线荧光光谱检测仪器适用于土壤重金属的原位监测。     

基于EDXRF技术茶叶中金属元素检测方法研究

能量色散X射线荧光光谱(EDXRF)法作为化学元素分析的一种检测手段,被广泛应用于地质勘测、工矿石油、生化医疗及刑侦考古等各行各业,它是户外现场检测与分析的首选方法之一。利用EDXRF法检测茶叶中金属元素含量,对环境条件要求低,且无需对茶叶样品进行化学处理。实验检测发现,用该方法分析茶叶中金属元素时,有效X射线荧光光子能量段在3～16 keV之间,故校正光谱元素选择位于能量中心位置(8 keV)附近的铜元素,并用铜元素定标做标准曲线,在茶叶有效X射线荧光光子能量段中,通过样品加标方法分析铜、铁、锌、铅四种元素,求得平均检出限为1.25 mg·kg-1。在检测茶叶中金属元素的化学方法中,选用火焰原子吸收法测得茶叶中金属元素含量作为标准值,比较得出,EDXRF法测得数值实际相对误差小于6%,相对标准偏差小于5%,经过t检验,p＞0.05,说明EDXRF法与火焰原子吸收法在统计学上没有显著差异,两种方法所测结果吻合。结果表明,EDXRF法检测茶叶中金属含量的方法是可行的,结果满足现场检测分析需求。     

X射线荧光微区分析结合电感耦合等离子体质谱法进行保健食品中元素含量的测定

X射线荧光光谱微区分析法既有X射线荧光光谱法快速、简便、无损检测等特点,又可对保健食品表面的元素分布进行检测,电感耦合等离子体质谱法具有检出限低、线性范围宽、多元素同时测定等优点,旨在建立一种X射线荧光光谱微区分析法和电感耦合等离子体质谱法联合测定保健食品中元素种类、分布及含量的方法。利用Ｘ射线荧光光谱微区分析技术对一种保健食品进行了元素种类及元素在样品表面的分析,并对元素含量进行了半定量分析,确定保健品中含有钙（Ca）、铁（Fe）、钌（Ru）、钼（Mo）元素。利用微波消解-电感耦合等离子体质谱法对其中含有的主要元素Ca和Fe进行了定量分析。微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定结果Ca元素平均值为6.23%,相对标准偏差1.78%;Fe元素平均值3.82%,相对标准偏差 2.14%。与X射线荧光光谱微区分析法半定量测试结果的样品中含有的Ca元素含量在6.0%～10.0%之间,样品中含有的Fe元素含量在2.0%～4.0%之间的结论一致。且通过X射线荧光光谱微区分析法得知保健食品表面的各元素分布不均匀。结果表明：X射线荧光光谱微区分析方法既可利用微量样品快速无损测得保健食品中的元素半定量含量,又可测得保健食品中的元素分布情况。结合电感耦合等离子体质谱法,还可以对样品中感兴趣的元素含量进一步检测,得到定量分析结果。     

基于小波变换的铁矿石品位X荧光在线检测方法研究

铁矿石作为钢铁行业中的重要生产原料,其品质直接影响到产品的质量,因此铁矿石品位的及时和准确检测显得尤为重要。本文利用能量色散X射线荧光光谱法对铁矿石样品进行在线测量,并使用小波分析技术对能谱进行了平滑和背景扣除的研究。结果表明小波变换方法能够有效减少背景影响,提高检测精度。定态测量和在线测量的相对标准偏差(RSD)分别为2.614%和0.227%,对于Fe元素的在线测量检出限为20.248μg·g-1。     

蒙特卡罗模拟元素特征X射线注量的展宽技术

蒙特卡罗模拟技术可以有效提高核辐射探测分析效率、降低分析成本,在促进X荧光分析技术发展过程中也发挥了重要作用。在应用蒙特卡罗模拟能量色散X荧光分析中,为使蒙特卡罗模拟元素特征X射线注量谱与实验能谱之间的物理差异更小,提出了一种模拟注量展宽算法。首先依据离散统计物理理论,建立了Si-PIN半导体探测器对X射线的响应函数模型,并利用加权非线性最小二乘法拟合得到各系数,再对系数进行归一化处理,得到归一化后的响应函数R(E, E′)。然后利用R(E, E′)对模拟注量进行展宽转换,得到脉冲幅度谱(pulse height spectrum, PHS),使模拟谱更趋近于实验谱,这样就可以通过蒙特卡罗模拟得到与实测能谱一致性较高的模拟能谱。研究中最后利用建立的探测器响应函数模型对Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Sn元素K系全能峰拟合χ2_r值在1.04～1.18范围内,对铜合金样品中六种元素特征X射线模拟注量转换结果与实验值一致性较好,并实现了对多元素混合样品复杂重迭谱的有效模拟和展宽。     

内标法在土壤重金属镍元素X荧光分析中的应用研究

利用能量色散型XRF重金属实验平台,在实验室自然大气环境下获取土壤的X射线荧光,通过X射线荧光光谱法定量分析了国家标准土壤样品中元素Ni的含量。实验研究了土壤中Ni元素的X荧光特征分析谱线,采用加入内标法测定了Ni元素定标曲线,并依据实验结果分析了内标元素选取方法。实验结果表明,对土壤样品进行内标法分析时,可选取基体中适宜元素作为内标元素;使用Pb的Lα线,Cu和Fe的Kα线作内标线时相对标准偏差(RSD)分别为6.24%,5.24%和5.22%,说明选择合适基体主量元素的特征谱线作为内标线,可有效提高测量结果的准确性。     

多元合金的无标样能量色散X射线荧光分析

本文在能量色散X射线荧光分析系统的效率刻度及散射修正的基础上,用基本参数法对多元合金进行无标样X射线荧光分沂。分析结果表明,对于主成分元素,分析误差约为2%,对于次成分元素,误差低于10%。     

微束X射线荧光分析

用能量色散微束X射线荧光分析仪实际测量了微束准直器孔径和X射线强度对微束空间分辨率的影响,在准直器孔径为0.1mm条件下,获得以FWHM定义的空间分辨率最好为0.073mm。通过微束扫描测量出某硫化锰矿微区内的Mn、Fe、Zn、Pb的三维等高线荧光强度分布图和不同小区域内的能谱。     

高精度臭灵丹微量元素含量检测系统设计

为了实现快速、无损、实时检测和分析臭灵丹中微量元素的含量,现对高精度臭灵丹微量元素检测系统进行设计。使用当前方法检测臭灵丹时,无法在保证微量元素活性的条件下提取微量元素。为此,提出一种基于Taguchi的高精度臭灵丹微量元素含量检测系统设计方法。该方法使用日本理学ZSX100型X射线荧光光谱仪采集臭灵丹微量元素光谱,确定微量元素种类,利用超临界萃取技术中的两大技术超临界流体萃取技术和超临界固体萃取技术萃取出臭灵丹中的微量元素,再经过超滤分离法中直线段、曲线段、水平段三个阶段分离出萃取液中微量元素,以ICP-MS法计算出微量元素的含量,达到对臭灵丹中微量元素含量的高精度检测。实验仿真证明,所提方法可以快速、无损、实时检测和分析臭灵丹中微量元素。     

同步辐射X射线荧光光谱国内外研究进展

同步辐射光源是带电粒子在加速器储存环中以接近光速的速度运动时,沿轨道切线方向发射出的辐射,同步辐射X射线荧光分析(SR-XRF)是以同步辐射X射线作为激发光源的X荧光光谱分析技术.同步辐射X射线荧光分析包括了用于微区及微量元素分析的同步辐射XRF、用于表面及薄膜分析的同步辐射全反射X射线荧光(SR-TXRF)以及用于三...     

Total reflection x‐ray fluorescence analysis—a review

Total reflection x‐ray fluorescence analysis (TXRF) is a special energy‐dispersive x‐ray analytical technique extending XRF down to the ultra trace element range. Detection limits of picograms or nanograms per gram levels are reached with x‐ray tube excitation. Using synchrotron radiation as excitation source, femtogram levels are detectable, particularly important for Si wafer surface analysis. TXRF is specially suited for applications in which only a very small amount of sample is available, as only a few micrograms are required for the analysis. In this review, an overview of theoretical principles, advantages, instrumentation, quantification and application is given. Chemical analysis as well as surface analysis including depth profiling and thin‐film characterization is described. Special research results on extension to low‐Z elements, excitation with synchrotron radiation and x‐ray absorption spectroscopy (XAS) for chemical speciation at trace levels are reviewed. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Determination of gold and silver in dross using EDXRF technique

Gold and silver in dross were determined by energy‐dispersive X‐ray fluorescence technique. Sample was prepared by pressed pellet method using microcrystalline cellulose powder as binder, and a method of standard additions was used for quantification. L_β X‐ray of gold (11.4 keV) and K_β X‐ray of silver (24.9 keV) were used for analysis. The measured concentrations of gold and silver were 132 ± 8 and 1181 ± 84 mg kg^?1, respectively. The results were validated by instrumental neutron activation analysis technique. The t‐test indicated that there was no significant difference between results obtained by the two techniques. Energy‐dispersive X‐ray fluorescence is a simple, precise and accurate technique for the determination of gold and silver in dross. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

波长与能量色散复合式X射线荧光光谱仪特性研究及矿区土壤分析

波长与能量色散(WD-ED)复合式X射线荧光(XRF)光谱仪是一型国际上新近研发的XRF光谱仪。该研究比较了此型光谱仪的特性,建立了联用分析方法,并用不确定度对所建方法进行了评估,证明WD-EDXRF复合型光谱仪及其所建分析方法可用于土壤样品中主、次、痕量元素定量测定,并兼具了WD和ED各自的优点。研究表明：(1)对土壤质量和生态环境评价中具有重要意义的Mg,Al,P和K等元素,因WDXRF对轻元素具有更高灵敏度,故采用该型光谱仪和所建方法,可弥补单一采用ED方法的不足,从而为土壤质量和生态环境评价提供了更为灵敏和准确可靠的分析技术手段;(2)在本方法实验条件下,采用WDXRF测定,主元素Na₂O,MgO,Al₂O₃,P₂O₅,K₂O的检出限优于EDXRF,而SiO₂, SO₃, CaO, MnO, Fe₂O₃则是由EDXRF测定的检出限更优。对于谱线重叠较严重的微量元素,多数情况下WDXRF的检出限更低;(3)对主元素而言,总体上K及其原子序数之前的轻元素WDXRF准确度更好,Ca及其之后的元素EDXRF准确度更好。然而,由WDXRF和EDXRF获得的准确度也与样品相关,在某些情况下,EDXRF测定K的准确度会更好。微量元素和重叠干扰比较大的元素,采用分辨率好的WDXRF可获得更好的准确度;对于受其他元素谱线重叠影响较小的元素,EDXRF给出的结果准确度更好;(4)选用添加石蜡粘结剂的粉末压片法,利用该方法制成的地质样品粉末压片结实、无脱落,未观察到掉渣、掉粉现象,且分析准确度和精密度良好;(5)利用所建立的WD-EDXRF方法测定了采自集中开采矿区和附近河流及河漫滩沉积物,揭示矿区表层土含有较高浓度的Cu,Pb和Zn,可为找矿提供指示信息;(6)进行了矿区周边农田土壤分析,获得了元素分布趋势图,揭示矿集区附近农田土壤Pb和As等浓度较高,需要采取必要的生态与环境保护措施,以减小和避免对于人类健康的潜在影响。     

Al窗Ag靶微型透射式X射线管模拟与性能分析

微型透射式X射线管广泛应用于能量色散X射线荧光分析领域,具有体积小、功耗低、X射线发射效率高等特点,可作为手持式X射线荧光分析仪器的激发源。目前常用铍(Be)作为出射窗材料,成本高,而且有毒性。同时为减少低能散射射线,在射线管前端放置铝(Al)作为过滤窗。本文拟采用Al为微型透射式X射线管出射窗材料,透射高能射线,屏蔽低能散射射线,降低制作成本和难度。文中采用蒙特卡洛模拟软件MCNP5模拟计算不同银(Ag)靶厚度和Al窗厚度的X射线管输出谱。结果表明,Al窗对低能射线的屏蔽作用强于对高能射线的屏蔽作用,在Al窗厚度超过1.5 mm时,低能射线完全被屏蔽,高能射线有部分透射。通过和已有研究成果[1,5]对比分析,在Ag靶厚度为2 μm,Al窗厚度为0.8 mm时,低能射线所占的比例仅为0.087 8%,高能射线产生率为0.002 73%,既能有效屏蔽低能射线,又能保证高能射线较高的出射率,能够满足野外现场能量色散 X射线荧光分析的需要。     

Recent Advances in TXRF

Abstract

Total reflection X‐ray fluorescence analysis (TXRF) is a special method of energy‐dispersive X‐ray fluorescence analysis extending EDXRF to the ultra trace element level. The achievable detection limits depend on the excitation source and are in the range of picograms to femtograms. Only small amounts of sample are required and the quantification by adding one element as an internal standard is easy as thin film approximation is valid. In this article, the recent advances in TXRF are reviewed with over 80 references. The principles, advantages, instrumentation, improvements with X‐ray optics, synchrotron radiation as excitation sources as well as various fields of application, wafer surface analysis, depth profiling, absorption spectroscopy, medical samples, biological samples, environmental monitoring, archeological and polymer samples are described. Related techniques are also mentioned and discussed.     

Elemental composition of marine sponges from the Berlengas natural park,western Portuguese coast

Analytical studies of sponges have recently become a matter of interest, since these organisms have been reported to accumulate high levels of some elements, including heavy metals, which may have an anthropogenic origin, allowing their application as environmental pollution indicators. In the present work, 35 sponges collected in August 1998 at the Berlengas Natural Park were classified and analysed by secondary target energy‐dispersive x‐ray fluorescence spectrometry (EDXRF). Some major, minor and trace elements could be determined: Al, Si, K, Ca, Ti, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Br, Rb, Sr, Zr, I and Pb. To assess some local influences on the sponge composition, two sediment samples were also taken from the area and analysed. Besides these elements, sponges are constituted by fairly high percentages of elements that do not emit characteristic x‐ray lines. Therefore, absorption corrections for quantitative calculations were carried out taking into account the ratio between the inelastic and elastic scattered incident radiation from a silver secondary target to calculate the mean atomic number of the light matrix. Calibration was performed using chemical compounds and standard reference materials. Precision, accuracy and detection limits for the range of elements determined by the method are particularly suitable for the chemical analysis of these organisms. Results for the sediment chemical composition indicated the existence of high Ca and low Si levels and confirmed the absence of any trace metal contamination in the region. The sponge composition showed low Si contents, even in siliceous specimens. Certain high elemental contents determined in some species indicated a clear selective bioaccumulation of particular trace elements, such as Ni, Zn and As, which is not dependent on local influences. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种低原子序数元素EDX RF的多次导-样条小波解析方法研究

能量色散X射线荧光（EDXRF）光谱分析待测元素的信息主要反映在能谱的特征峰峰位以及特征峰净峰面积中。对于特征峰的准确检测是EDXRF光谱分析的关键。特征X射线之间的能量在低原子序数元素中相差很小,在实际测量过程中由其他一些因素干扰会导致EDXRF光谱中特征峰产生严重重叠,以EDXRF光谱中低序列元素的重叠峰作为研究对象,提出一种四次导数结合三样条小波变换处理低序列元素重叠峰的新方法。通过数学模型模拟重叠峰检测了该方法的可行性,并仿真了实测X荧光光谱数据进行检测得到良好的效果,通过使用了CIT-3000SY X 荧光元素录井仪实测T铅黄铜数据和混合轻元素数据荧光光谱作为验证。首先,介绍导数法以及三样条小波法分解重叠的原理。导数法阶数越高信号越畸形但可以有效提高重峰分离度,而三样条小波变换对低分离度重峰处理较为无力但能有效的保持峰型。通过Tsallis峰信号模拟重叠峰,模拟出3个峰信号,第1个峰和第2个峰的分离度R=0.33,第2个峰和第3个峰的分离度R=0.67,导数处理后信号任仍具有一部分重叠,但是导数处理后不仅保留了信号的峰位值,且出现了分离度变大的现象,而三样条小波对低分离度重叠峰的分解较为无力,但是对于分离度较大的重叠峰具有较好的效果,信号通过四次导增加分离度再进行三样条小波变换,通过调节样条小波分解层次的次数,然后对分解出的高频信号采取适当的系数进行放大,最后进行信号重构。实验实现了对模拟信号的分解。验证了此方法针对重叠峰分解具有可行性。实验采用分解4层的三样条小波变换以及放大6倍的高频信号。然后,处理仿真K元素的重叠光谱,实现了重叠峰的分解,通过仿真实验表明新方法能准确的识别峰位,结果表明只有1%之内的误差,证明了新方法对X荧光光谱重叠峰分解的适用性。最后用此方法对CIT-3000SY X荧光元素录井仪实测T铅黄铜元素数据以及混合轻元素数据X荧光光谱进行处理,实现了对重叠峰的分解,且分解后的峰位误差控制在1%之内,具有较高的准确率。实验结果证明：四次导数结合三样条小波变换能有效分离重叠峰,并且在处理X荧光光谱的重叠峰分解上具有实用性。     

Influence of Polarization of Exciting X-Radiation on Sensitivity of Energy Dispersive X-Ray Fluorescence Trace Analysis at Rocks and Soils

The application of polarized X-rays in energy dispersive X-ray fluorescence analysis (EDXRF) is prooved to be one method for improvement the sensitivity of trace analysis at rock- and soil-samples. The use of a high power X-ray tube in connection with an amorphous Barkla-scattering target for polarization makes possible the increase of peak-to-background ratios in a wide energy range (5 keV < E < 40 keV) in comparison to direct excitation. The influence of the polarization on the peak-to-background ratios at trace analysis at geological samples will be shown.