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近年来,突发性土壤重金属污染事件呈高发态势,给社会造成了巨大损失,受到了政府的高度关注。土壤重金属的传统分析方法如ICP-OES、AFS、AAS等,需要进行大量的样品前处理工作,比如土壤样品的风干、研磨、过筛和强酸溶解等,从而周期长、操作复杂、成本高,难以满足我国重金属污染应急处置的需求。便携式X射线荧光(Field Portable X-ray Fluorescence,FPXRF)技术可应用于重金属元素分析,且具有原位、快速、分析元素浓度范围广、多元素同时分析等优点,作为一种无损检测技术已广泛应用于地质、材料、环境、冶金、考古等领域中。但该技术的精度差,检测下限高,易受外界因素干扰,往往难以满足土壤环境质量监测的要求。本论文首先利用土壤成分分析标准物质GSS-1~GSS-8系列标样,计算得到了各元素的FPXRF检测限;并进一步以野外采集的重金属污染样品为对象,以我国土壤环境质量三级标准值(Pb:500 mg/kg、As:40 mg/kg、Zn:500 mg/kg、 Cu:400 mg/kg、Ni:200 mg/kg、 Cr:400 mg/kg)为依据,将所采集样品分为低浓度和高浓度两个浓度区段,通过与传统的化学消解-室内仪器分析方法(ICP-OES、AFS)相比较,研究了FPXRF在低、高浓度区段的测定效果;并对影响FPXRF的因素——谱线重叠、吸收增强和粒径大小进行了初步探讨。主要结果如下:
(1) Pb、As、Zn、Cu、Ni、Cr的FPXRF检测限依次为:20 mg/kg、5 mg/kg、20 mg/kg、15 mg/kg、30 mg/kg、50 mg/kg;
(2) Pb、As、Zn、Cu、Ni、Cr的FPXRF值与ICP-OES值的线性回归方程的确定系数R2adj在低浓度和高浓度下依次为:0.993和0.984、0.562和0.891、0.792和0.979、0.960和0.960、0.554和0.978、0.514和0.984,由此可见,FPXRF对Pb、Cu的测定效果最好; Zn次之;As、Ni、Cr在低浓度范围内最差,在高浓度范围内,测定效果明显提高。
(3) Pb/As复合污染的土壤中,高浓度的Pb会使的As的FPXRF测定值偏低,偏低程度与Pb含量有关,当Pb浓度小于1000 mg/kg时,偏差为-38.5 mg/kg~0.6 mg/kg,偏低影响可忽略;当Pb含量大于1000 mg/kg时,偏差为-400 mg/kg~100 mg/kg,偏低影响显著。
(4) Fe、Ni会对Cr造成增强效应,使得Cr的FPXRF值偏高,Fe、Ni浓度与Cr测定偏差的相关性系数依次为0.794和0.842。在使用FPXRF测定土壤中的Cr时,需要考虑Fe和Ni的干扰。
(5)过20目筛与过100目筛相比,粒径对V、Cr、Co的影响显著,而Ni、Mn、Fe、Pb、Cu、Zn、As受粒径的影响不显著。