土壤重金属铅元素的X射线荧光光谱测量分析

在实验室条件下,利用NITON XLt793型便携式X射线荧光光谱重金属分析仪测量并分析土壤中铅元素的X射线荧光光谱特性。分别以铅的L_α(10.55 keV)和L_β(12.61 keV)特征谱线作为分析线,分析了不同基体元素对分析线的影响;测定在不同铅浓度下的特征谱线强度变化。结果表明铅的质量分数在10×10-6～1 800×10-6范围内,元素的光谱强度与浓度之间呈现较好的线性关系;建立了铅元素的定标曲线,并计算得到铅的检出限为7.89×10-6。     

薄膜法X射线荧光光谱对重金属铬元素检测研究

研究了重金属Cr元素薄膜法X射线荧光(XRF)光谱分析中的滤膜,结果表明亲水性聚四氟乙烯滤膜对Cr元素富集具有较好的均匀性,并且对该滤膜上Cr元素进行XRF光谱测量具有较好的灵敏度。利用亲水性聚四氟乙烯滤膜对不同浓度的Cr元素进行富集,并且利用XRF光谱进行测试,结果表明当Cr元素的面积浓度在3.84~167μg·cm-2范围内时,Cr元素XRF光谱中Kα特征谱线的积分荧光强度与Cr元素的面积浓度之间具有非常好的线性关系,线性相关系数为0.996,检测限为0.3μg·cm-2。对实验室水龙头出来的自来水水样进行加标回收实验,得到回收率在93.85%~101.95%之间,相对标准偏差小于2%。因此,以亲水性聚四氟乙烯滤膜为富集滤膜的薄膜法XRF光谱分析法,能够很好地应用于水样中重金属Cr元素的分析与检测。     

薄膜法X射线荧光测量中样品检测位置及防护铅板内衬材料的选择研究

(1)以型号316不锈钢金属板为研究对象, 对薄膜法X射线荧光光谱测量中, 样品检测位置的选择进行研究, 确定了最佳的样品检测位置为样品距离X射线管和探测器水平基线1 cm处, 并且与X射线管和探测器水平基线成16°角度。(2)以工业环境空气重金属污染物Pb, Cd, Cr为主要分析对象, 在有铅板防护情况下进行薄膜法X射线荧光光谱测量研究, 发现X射线会穿透样品薄膜而继续激发防护铅板, 使得滤膜背景光谱中有较强的铅谱线干扰, 会对实际样品中铅元素的测量产生影响。在薄样和防护铅板之间加上一层隔离材料, 可有效避免防护铅板中铅谱线对样品测量产生的干扰。(3)以型号316不锈钢、黄铜、铝材、紫铜和聚四氟乙烯几种硬质隔离材料作为铅板内衬材料进行选择研究, 结果表明: 紫铜的X射线荧光光谱中所含元素的谱线最少, 谱图中没有出现重金属Cr, Cd, Pb的谱峰, 并且能量较高部分靶材散射光谱强度较弱, 对实际样品中重金属元素Cr, Cd和Pb的测量不会产生干扰, 作为铅板的内衬金属材料可以避免防护铅板中铅元素谱线的干扰, 是最佳的薄膜法X射线荧光光谱分析中铅板的内衬金属材料。该研究为组装及搭建便携式大气及水体重金属X射线荧光光谱分析仪提供了重要的理论依据。     

一种面向土壤重金属含量检测的X射线荧光光谱预处理方法研究

土壤重金属的污染影响着农作物的产量和质量。传统的土壤重金属检测方法步骤繁琐、检测费用高且速度慢。利用X射线荧光光谱(XRF)分析技术检测土壤中重金属含量,具有处理简单、现场、快速、无损等优点。由于土壤背景复杂,包含大量噪声和无关信息,建立XRF校正模型前,对光谱的预处理能有效的去除不相干信息,保留有用信息,对XRF预测模型的精度有重要影响。主要研究光谱预处理方法对重金属含量预测模型精度的影响。首先,采用向前间隔偏最小二乘(FiPLS)作为校正模型,对比了无预处理、去趋势处理(DT)、标准正态变量变换(SNV)、多元散射校正(MSC)、小波去噪(WT)、SNV+DT、卷积平滑(SG)+一阶导数、卷积平滑(SG)+二阶导数等7种不同预处理条件下的土壤重金属模型的检测精度。初步结果表明,多元散射校正预处理方法效果较好,与原始光谱相比,相关系数r从原始的0.988提高到0.990,预测均方根误差RMSEP、相对误差平均从原来的20.809和0.166分别降低到19.051和0.121。其次,在多元散射校正预处理方法的基础上,针对多元散射校正方法以线性表达式描述非线性关系的局限性,提出了局部加权线性回归多元散射校正(LWLRMSC)和偏最小二乘多元散射校正(PLSMSC),并比较了它们的建模效果。LWLRMSC是基于加权思想,在预测一个点的值时,选择适当的核函数和权重分配策略进行预测点的线性回归,来解决简单线性回归的欠拟合状况;PLSMSC是基于PLS建模思想,考虑了自变量和因变量的最大相关性,来减少拟合误差及失真问题。结果表明,PLSMSC具有最佳的预处理效果,五种重金属Cu,Zn,As,Pb,Cr预测值和实际值的R分别为0.989,0.973,0.991,0.989和0.986,RMSEP分别为8.805,58.360,7.671,12.549和20.851,相比于传统的MSC方法不仅在精度方面有大幅度的提升,且具有更好的泛化性能,能消除光谱噪声,提升有效信息贡献度,为土壤重金属含量预测模型选取合适的预处理方法提供了理论支撑。     

薄膜法X射线荧光测量中样品检测位置及防护铅板内衬材料的选择研究

(1)以型号316不锈钢金属板为研究对象,对薄膜法X射线荧光光谱测量中,样品检测位置的选择进行研究,确定了最佳的样品检测位置为样品距离X射线管和探测器水平基线1 cm处,并且与X射线管和探测器水平基线成16°角度。(2)以工业环境空气重金属污染物Pb,Cd,Cr为主要分析对象,在有铅板防护情况下进行薄膜法X射线荧光光谱测量研究,发现X射线会穿透样品薄膜而继续激发防护铅板,使得滤膜背景光谱中有较强的铅谱线干扰,会对实际样品中铅元素的测量产生影响。在薄样和防护铅板之间加上一层隔离材料,可有效避免防护铅板中铅谱线对样品测量产生的干扰。(3)以型号316不锈钢、黄铜、铝材、紫铜和聚四氟乙烯几种硬质隔离材料作为铅板内衬材料进行选择研究,结果表明：紫铜的X射线荧光光谱中所含元素的谱线最少,谱图中没有出现重金属Cr,Cd,Pb的谱峰,并且能量较高部分靶材散射光谱强度较弱,对实际样品中重金属元素Cr,Cd和Pb的测量不会产生干扰,作为铅板的内衬金属材料可以避免防护铅板中铅元素谱线的干扰,是最佳的薄膜法X射线荧光光谱分析中铅板的内衬金属材料。该研究为组装及搭建便携式大气及水体重金属X射线荧光光谱分析仪提供了重要的理论依据。     

原子发射光谱内标法测量误差的研究

证明了原子发射光谱内标法的测量误差。当分析线和内标线的相对强度等于1时，测量误差最小。     

溶液阴极辉光放电光谱信号的内标法定量分析研究

溶液阴极辉光放电-原子发射光谱是一种新颖的快速、高效、实时在线的元素分析方法,它可用于水体金属元素的检测。为提高其测量精确度和稳定性,将内标法应用于溶液阴极辉光放电-原子发射光谱技术。对K元素建立了标准定标曲线和以H_β为内标元素的定标曲线,内标法测得样品的相对误差和相对标准偏差分别为1.11%,2.14%,精确度和稳定性较之标准曲线法有一定的提高。实验考察了元素谱线强度在同一时段的波动情况,发现元素K和H_β的谱线强度变化趋势稍有不同,而同主族元素K和Rb,Ca和Mg的谱线强度有相同的变化趋势,提出选择与待测元素同主族且谱线强度变化趋势较为一致的元素作为内标元素能更大化校正实验波动的观点。同时探讨了K以Rb为内标元素、Ca以Mg为内标元素以及Mg以Ca为内标元素时的内标法测量的精确度和稳定性,得其相对误差分别为0.49%,0.02%和0.30%,相对标准偏差分别为1.11%,1.13%和0.87%,与标准曲线法和以H_β为内标元素的内标法相比效果更佳。测得自来水样品中Ca元素以Mg为内标的相对误差和相对标准偏差为0.58%,1.03%,Mg元素以Ca为内标的相对误差和相对标准偏差为1.57%和1.10%。研究结果表明,将溶液阴极辉光放电-原子发射光谱技术应用于水体金属元素检测时,内标法可以有效校正实验波动的影响,提高测量的精确度和稳定性。     

便携式X射线荧光光谱分析仪测定土壤中重金属

应用NITON XL3t600型便携式X射线荧光谱分析仪对土壤中主要重金属污染物Cu,Zn,Pb,Cr和As进行了测试。结果表明,Cu,Zn,Pb,Cr和As元素的最低检出限分别为:23.96,11.69,8.58,19.23,6.24mg.kg-1;对土壤成分分析标准物质GSS-5进行5次重复测定,准确度在96%～102%之间,RSD在1.0%～7.6%范围内,表明仪器对于土壤中较高浓度重金属检测准确度和精密度良好;田间进行原位检测,相对标准偏差均小于20%,与国标方法检测结果相比,准确度在55%～119%之间。通过实验室测试和田间原位检测,验证了便携式X射线荧光谱分析仪检测土壤中重金属元素有较好的准确度和精密度,适用于土壤中重金属的快速检测。     

Quantification via X-ray fluorescence analysis of oxygen in the surface layer of a Si-sphere used as a new mass standard

The distribution of oxygen present in the surface layer of the Si-sphere used as new mass standard is measured and quantified using the combined X-ray fluorescence (XRF)/X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) surface analysis system in the Center for Measurement Standards, Industrial Technology Research Institute (CMS/ITRI). A radiometric calibration of the X-ray source is not possible because the spectral distribution of the X-ray tube used is complex and not stable over the long term. Hence, the quantification of oxygen on the Si-sphere is based on a calibration curve that establishes a correlation between the mass deposition of oxygen from the calibration samples qualified by PTB and the ratio of the oxygen fluorescence to silicon RRS (resonant Raman scattering) intensities in the in-house system. This paper presents the methodology for and the results of an oxygen quantification performed using the combined XRF/XPS surface analysis system. With a relative uncertainty of less than 10%, the average mass deposition of oxygen on the Si-sphere was 133 ± 12 ng/cm². The oxygen quantified via XRF is treated as a reference for the quantification of other elements on the surface layer. The quantification of carbon mass deposition in the surface layer in relation to the oxygen mass deposition is also described in this paper. The surface analysis system is part of our contribution to the realization and dissemination of the unit of the kilogram (based on its new definition) via the XRCD method.     

基于内标CF-LIBS的混合水溶液中多金属元素的定量分析

提出一种简化内标自由定标激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)分析方法,并应用于混合水溶液中Cr、Mn、Pb、Cd、Ca、Al、Co等金属元素绝对浓度的定量分析.实验结果表明,在最优化实验参数下产生的激光等离子体满足局部热平衡和光学薄条件,由该分析方法得到的LIBS检测精确度明显优于采用液固转换后的传统CF-LIBS方法,测定的浓度值与配置值的相对误差小于1%,说明应用该内标CF-LIBS方法能够同时精确测定液相基质中的多种微量金属元素的含量.     

X荧光分析法测定地表灰尘和空调灰中重金属含量

使用X荧光分析法对地表灰尘和空调滤网灰中所含金属元素(Mn,Fe,Cu,Zn,Pb)做了定量分析.结果表明,5种元素在空调灰中的含量都大于其在地表灰尘中的含量,其中Cu,Zn,Pb 3种元素在地表灰尘和空调灰中的含量远远大于四川省表层土壤中对应的平均含量.通过对不同粒径组地表灰尘中重金属含量的分析表明,地表灰尘中五种元素的含量在测量范围内随灰尘直径的变化规律大致相同.     

Application of X-ray fluorescence spectrometry in plant science: Solutions,threats, and opportunities

X-ray fluorescence (XRF) spectrometry is a nondestructive, rapid, simultaneous multi-elemental imaging methodology for plant materials. Its applications are broad and cover most of the elements with varying concentration below the parts per million (ppm). XRF is a well-established atomic spectrometric technique that is also being used as a field portable instrumentation. In recent decades, XRF has been considered a very versatile tool for plant nutrition diagnosis due to its fast and multi-elemental analytical imaging response directly from a solid sample. In this review, we have mainly focused on the recent developments and advancements in XRF spectrometry to analyze plant materials. We have also included the fundamental aspects and instrumentation for XRF spectrometry for its use in plants imaging. We have also covered the use of XRF for vegetal tissues and plant leaves. Mainly, we have briefly focused on some features of sampling procedures and calibration strategies regarding the use of XRF for plant tissues. Microchemical imaging applications by XRF, μ-XRF, μ-SRXRF, and TXRF have been covered for a wide variety of plant tissues such as leaves, roots, stems, and seeds.     

Determination of elements in some lichens growing in Giresun and Ordu province (Turkey) using energy dispersive X-ray fluorescence spectrometry

The concentration of five different elements in six lichens species of different regions in Giresun and Ordu (Turkey) was determined using the energy dispersive X-ray fluorescence method. A radioisotope excited X-ray fluorescence analysis using the method of multiple standard addition is applied to the elemental analysis of lichens. An annular 50 mCi ²⁴¹Am radioactive source and an annular 50 mCi ⁵⁵Fe radioactive source were used for excitation of characteristic K X-rays. An Si(Li)detector which has a 147 eV full-width at half-maximum for 5.9 keV photons was used for intensity measurements. A qualitative analysis of spectral peaks showed that the samples contained potassium, calcium, titanium, iron, and barium.     

Qualitative and quantitative analysis of pathological and non-pathological human bone using radioisotope X-ray fluorescence technique

Pathological and non-pathological human elbow bone samples were collected from one male human patient and one female human patient who were undergoing treatment in our University Research Hospital. Pathological and non-pathological human elbow bone samples were analyzed by means of energy-dispersive X-ray fluorescence spectrometry by using standard additions method. Experimental results are presented and discussed in this work.     

哈尔滨市城区大气重金属沉降特征和来源研究

鉴于大气重金属降尘对城市居民健康存在一定的威胁,针对哈尔滨市从未开展过重金属沉降特征研究的现状,采用被动采样技术共收集大气降尘样品46份,用AFS-230E原子荧光光度计和ICP-AES全谱直读电感耦合等离子发射光谱法测量样品中的重金属元素含量,计算各元素年沉降通量,利用Pearson系数法、主成分分析法、富集因子法进行重金属沉降特征和来源分析。结果表明,Mn和Co元素主要来自于自然源,其余各元素沉降主要由人为源构成,且人为源中占主导地位的是燃煤尘、汽车尘和金属冶金尘。     

改进型M-P神经网络在能量色散X荧光分析测定铅锌矿元素含量的应用研究

以新疆西天山铅锌矿样品的Cu,Fe,Pb等元素X荧光测量数据做训练样本,McCulloch-Pitts神经网络(M-P神经网络)为基础,基体效应为依据,建立新的神经网络模型对Zn进行定量预测。结果预测值与测量值的相对误差在<5%。此方法可较准确,快速的应用于现场X荧光测定,为X荧光光谱信息修正提供一种新方法。     

水体痕量重金属Ni的激光诱导击穿光谱测量研究

以1 064nm波长Nd∶YAG脉冲激光为激发光源,采用高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和ICCD为谱线分离与探测器件,实验研究了水体中痕量镍元素的激光诱导等离子体光谱发射特性和检测限;为了延长水体中金属元素的激光等离子体光谱发射时间、提高光谱检测灵敏度并减小ns激光作用下水滴溅射的影响,实验中以固体圆饼状石墨块为样品基体进行元素富集,通过在基体表面固定区域滴定固定量的已知不同浓度的硝酸镍溶液,烘干并制备待测样品。研究表明,镍的最佳探测延迟时间在700ns左右,元素谱线强度随着样品浓度的增加而增大并在较低浓度下呈现良好的线性关系,计算得到水体中Ni元素的痕量检测限为0.28,研究结果为进一步开展水体痕量重金属的激光诱导击穿光谱测量提供了方法。