應(yīng)用概述
近幾十年，隨著我國工業(yè)化、城市化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的快速發(fā)展，土壤環(huán)境形勢發(fā)生很大變化，污染問題頻發(fā)，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，對我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來新威脅、新挑戰(zhàn)。
《GB 15618-2018 土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》中將土壤必測的重金屬含量規(guī)定為“風(fēng)險(xiǎn)篩選值”和“風(fēng)險(xiǎn)管控值”，這兩個(gè)值是重金屬進(jìn)一步向種植物遷移量的衡量標(biāo)準(zhǔn)，有著重要意義，因此能夠清晰分辨這兩個(gè)值的分析儀器成為檢測土壤重金屬的重要條件。
北京安科慧生將先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與X射線熒光光譜儀尖端技術(shù)相結(jié)合，通過對鎘元素的聚焦激發(fā)，對XRF難以分析的鎘元素的檢出限達(dá)到0.05mg/kg水平，能夠精確檢測土壤中鎘含量限值的X射線熒光光譜儀。
便攜式高靈敏度X射線熒光光譜儀PHECDA系列產(chǎn)品能夠應(yīng)對實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場對土壤重金屬分析需求，樣品處理簡單、分析速度快、精度高，是土壤重金屬檢測和篩查的利器。
土壤環(huán)境重金屬檢測需求
《GB 15618-2018土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了農(nóng)用地土壤中鎘、汞、砷、鉛、鉻、銅、鎳、鋅等基本檢測項(xiàng)目，其中對鎘、汞、砷、鉛、鉻等五項(xiàng)重金屬規(guī)定了風(fēng)險(xiǎn)篩選值和風(fēng)險(xiǎn)管控值。
農(nóng)用地土壤重金屬風(fēng)險(xiǎn)篩選值與風(fēng)險(xiǎn)管制值表 單位：mg/kg
污染物
項(xiàng)目 |
鎘 |
汞 |
砷 |
鉛 |
鉻 |
銅 |
鎳 |
鋅 |
風(fēng)險(xiǎn)
篩選值 |
0.3 |
0.5 |
25 |
70 |
150 |
50 |
60 |
200 |
風(fēng)險(xiǎn)
管制值 |
1.5 |
2.0 |
100 |
400 |
800 |
無 |
無 |
無 |
| PHECDA 檢出限 |
0.05 |
0.71 |
0.16 |
0.17 |
0.42 |
0.86 |
0.91 |
0.81 |
因此，在農(nóng)用地和建設(shè)用地土壤重金屬限值分析中，能夠完整分析十一種重金屬的分析儀器成為必要選擇，且能夠準(zhǔn)確區(qū)分“風(fēng)險(xiǎn)篩選值”和“風(fēng)險(xiǎn)管制值”。
安科慧生研制的便攜式高靈敏度X射線熒光光譜儀PHECDA系列，能夠分析土壤及土壤沉積物中幾十種無機(jī)元素含量，且能夠準(zhǔn)確分辨農(nóng)用地和建設(shè)用地規(guī)定重金屬的“風(fēng)險(xiǎn)篩選值”和“風(fēng)險(xiǎn)管制值”。
土壤樣品處理
性能數(shù)據(jù)
• 線性
全息基本參數(shù)法（Holospec FP 2.0）將X射線入射到檢測的各個(gè)步驟物理學(xué)現(xiàn)象建立數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行大量 運(yùn)算，消除基體吸收-增強(qiáng)效應(yīng)，正確運(yùn)算和扣除背景干擾，對國家土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品中的各重金屬在寬含量區(qū)間具有出色的線性。
• 重復(fù)性
PHECDA-ECO對標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW（E）070003進(jìn)行重復(fù)性測試，結(jié)果如下表：
| 元素 |
Cr |
Ni |
Co |
V |
Zn |
As |
Pb |
Cu |
Cd |
GBW（E）070003
標(biāo)準(zhǔn)值 |
127±7 |
59.8±3.6 |
20.3±2.9 |
101±8 |
106±8 |
15.7±1.1 |
59.8±3.6 |
54.2±3.6 |
0.32±0.06 |
| 1 |
131.92 |
67.99 |
18.82 |
95.20 |
109.69 |
16.43 |
57.15 |
58.46 |
0.38 |
| 2 |
132.88 |
68.95 |
21.59 |
95.70 |
111.24 |
16.68 |
58.08 |
59.53 |
0.30 |
| 3 |
133.78 |
68.44 |
24.84 |
96.19 |
110.14 |
16.11 |
58.66 |
59.18 |
0.39 |
| 4 |
134.09 |
68.48 |
26.94 |
95.09 |
111.45 |
16.46 |
57.92 |
59.61 |
0.37 |
| 5 |
134.88 |
68.70 |
25.69 |
95.13 |
110.44 |
16.40 |
58.85 |
59.80 |
0.36 |
| 6 |
132.79 |
69.06 |
24.79 |
95.13 |
110.99 |
16.59 |
58.14 |
59.37 |
0.41 |
| 7 |
131.53 |
68.89 |
26.29 |
95.02 |
111.18 |
15.87 |
59.17 |
59.70 |
0.32 |
| 8 |
131.23 |
68.90 |
24.45 |
95.34 |
112.04 |
16.01 |
59.24 |
58.89 |
0.45 |
| 9 |
134.37 |
69.57 |
26.06 |
94.97 |
111.67 |
15.93 |
59.27 |
59.32 |
0.31 |
| 10 |
131.96 |
69.39 |
26.73 |
95.14 |
111.68 |
16.02 |
58.56 |
59.25 |
0.39 |
| 11 |
131.25 |
69.13 |
25.57 |
94.99 |
111.27 |
15.92 |
59.41 |
59.96 |
0.34 |
| 12 |
132.54 |
68.85 |
25.74 |
95.04 |
110.7 |
16.36 |
58.43 |
58.99 |
0.37 |
| 13 |
135.21 |
67.74 |
22.51 |
95.54 |
110.48 |
16.43 |
57.69 |
59.06 |
0.38 |
| 14 |
134.36 |
68.85 |
23.46 |
95.49 |
112.44 |
16.03 |
58.31 |
59.56 |
0.4 |
| SD |
1.38 |
0.49 |
2.26 |
0.34 |
0.76 |
0.27 |
0.66 |
0.40 |
0.04 |
| Avg |
132.79 |
68.86 |
24.71 |
95.26 |
111.07 |
16.22 |
58.59 |
59.37 |
0.37 |
| RSD |
1.0% |
0.7% |
9.2% |
0.4% |
0.7% |
1.7% |
1.1% |
0.7% |
9.2% |
便攜式高靈敏度X射線熒光光譜儀PHECDA系列，對土壤重金屬分析達(dá)到實(shí)驗(yàn)室儀器同樣的重復(fù)性，即使含量為0.3mg/kg左右含量的鎘，RSD值達(dá)到10%，是準(zhǔn)確檢測土壤重金屬的保證。
• 準(zhǔn)確性
| 樣品編號(hào) |
Cr |
Ni |
Co |
V |
Zn |
As |
Pb |
Cu |
Cd |
GBW(E)
070004 |
54.1±6.5 |
28.5±3.4 |
15.4±2.1 |
75.5±5.9 |
116±10 |
220±11 |
91.4±6.4 |
180±10 |
0.5±0.07 |
| 實(shí)測值 |
56.01 |
28.58 |
14.91 |
75.44 |
116.43 |
212.6 |
99.27 |
198.37 |
0.59 |
GBW(E)
070005 |
89.9±3.2 |
60.8±3.9 |
26.2±2.6 |
103±6 |
618±30 |
87.2±3.2 |
325±17 |
187±11 |
1.97±0.33 |
| 實(shí)測值 |
98.86 |
69.17 |
28.57 |
95.38 |
632.1 |
90.54 |
352.14 |
188.25 |
1.73 |
GBW(E)
070006 |
104±8 |
8.7±3.1 |
-3.75 |
140±8 |
37.9±5.4 |
606±53 |
60±5.0 |
18.9±2.4 |
0.07±0.02 |
| 實(shí)測值 |
116.61 |
11.85 |
21.23 |
134.55 |
36.31 |
611.89 |
62.39 |
15.02 |
0.09 |
GBW(E)
070007 |
35±5.5 |
18.6±3 |
13±2.2 |
76.4±5.6 |
153±9 |
32.6±3.3 |
73.9±5.2 |
309±12 |
0.53±0.07 |
| 實(shí)測值 |
34.54 |
15.04 |
8.18 |
75.1 |
144.02 |
29.77 |
71.91 |
304.55 |
0.77 |
GBW(E)
070008 |
84.3±9.4 |
333±25 |
25.6±2.7 |
88±7.1 |
301±20 |
74.6±7.1 |
675±27 |
290±16 |
0.49±0.06 |
| 實(shí)測值 |
79.84 |
331.39 |
25.76 |
80.03 |
270.38 |
84.09 |
686.17 |
254.94 |
0.63 |
GBW(E)
070009 |
99±11 |
83.3±7.4 |
23.8±3.2 |
158±12 |
982±78 |
841±98 |
1141±59 |
854±44 |
4.08±0.37 |
| 實(shí)測值 |
113.03 |
98.95 |
24.46 |
105.38 |
975.01 |
740.62 |
1048.74 |
732.88 |
4.26 |
GBW(E)
070010 |
87±11 |
55.2±4.4 |
24.5±2.5 |
110±7 |
158±8 |
200±22 |
110±9 |
209±10 |
0.47±0.07 |
| 實(shí)測值 |
89.96 |
62.53 |
32.31 |
94.35 |
151.35 |
188.89 |
104.36 |
202.84 |
0.38 |
便攜式高靈敏度X射線熒光光譜儀PHECDA-ECO，分析GBW系列標(biāo)準(zhǔn)樣品，重金屬的分析結(jié)果在誤差范圍以內(nèi)，10分鐘“定量分析”模式下，具有出色的準(zhǔn)確性。
HS XRF®與ICP MS對比
濕法消解+ICP MS分析是土壤元素檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法，通過實(shí)際土壤樣品與ICP MS分析結(jié)果的對比，兩者具有出色的數(shù)據(jù)一致性，PHECDA 不需要復(fù)雜的樣品處理，簡單可靠。
方法原理
• 硬件核心技術(shù)：單色化聚焦激發(fā)
X射線管入射譜經(jīng)雙曲面彎晶單色化聚焦入射樣品，降低了X射線管連續(xù)散射線背景干擾，同時(shí)增加SDD探測器接受樣品元素?zé)晒馍渚€強(qiáng)度，從而提升元素特征熒光峰信噪比，提升靈敏度。
• 軟件核心技術(shù)：全息基本參數(shù)法（Holospec FP 2.0）
參數(shù)法（FP: Fundamental Parameters method）是X射線熒光領(lǐng)域的核心算法和研究重點(diǎn)。安科慧生研發(fā)人員歷時(shí)十幾年，頒布全息基本參數(shù)法-Holospec FP 2.0，將基本參數(shù)法的應(yīng)用提升到前所未有的水平。
Holospec FP與常規(guī)FP區(qū)別：
1) 全譜擬合：當(dāng)前唯一采用全譜擬合的基本參數(shù)法
2) 完整性：基本參數(shù)庫結(jié)合先進(jìn)的數(shù)學(xué)模型（Advanced MM），從而完成對XRF整個(gè)物理學(xué)過程的數(shù)字化描述
3) 快速：CPU多核并行運(yùn)算結(jié)合GPU單元，采集譜圖與海量運(yùn)算同步完成
4) 可視化與支持用戶開發(fā)：可視化圖形界面與開放的參數(shù)設(shè)置
Holospec FP功能與優(yōu)勢：
1) 通過精確計(jì)算消除（或減少）XRF物理學(xué)各種效應(yīng)
2) 達(dá)到元素?zé)o標(biāo)定量分析精度
3) 減少標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)要求，快速建立XRF元素分析方法
4) 提升元素定量精度和擴(kuò)展樣品適應(yīng)性
產(chǎn)品特點(diǎn)
低檢出限
高靈敏度X射線熒光光譜儀PHECDA對土壤重金屬檢出限低，對XRF難以分析的Cd檢出限達(dá)到0.05mg/kg，滿足《GB 15618土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定基礎(chǔ)項(xiàng)目中八項(xiàng)重金屬的限量值檢測要求。
穩(wěn)定性
光路固鎖系統(tǒng)，光路經(jīng)工廠調(diào)諧后不再產(chǎn)生位移，單波長激發(fā)使得儀器消除基線背景，數(shù)據(jù)重復(fù)性滿足實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)要求。
快速分析
土壤樣品準(zhǔn)備簡單，幾分鐘即可完成對土壤樣品的準(zhǔn)備，快速篩查分析時(shí)間180秒/樣品，定量分析時(shí)間600秒/樣品。
寬適應(yīng)性
全息基本參數(shù)法通過精確計(jì)算消除基體與元素間譜線干擾，適應(yīng)各類土壤基質(zhì)樣品分析。
便攜性
無需氣體真空等輔助設(shè)備，保證現(xiàn)場原位檢測要求。
參考文獻(xiàn)
[1] 韓偉丹,杜禎宇,任立軍,殷惠民,劉小東,范爽.單波長激發(fā)能量色散X射線熒光光譜測定土壤樣品中鎘等元素方法性能評估[J].冶金分析,2021,41(08):22-33.DOI:10.13228/j.boyuan.issn1000-7571.011328.
