稻米是我国主要的粮食作物,65%以上的人口以大米为主食。近年来屡屡发生的粮食重金属元素含量超标事件,引起了公众的高度关注,因而政府部门和企业都加强了对大米的生产流通环节的监管力度。现场、快速、准确地获取检测结果是实现有效监管的关键,EDXRF(能量色散X射线荧光)法具有样品处理简单、无损检测、快速高效、仪器轻便、成本低等优点,适用于粮食重金属的现场快速筛查。EDXRF法在大米重金属元素检测中应用的关键是降低系统的检出限和简化检测系统的仪器与测试方法技术!围绕这一目标,论文对激发探测装置的几何结构、样品形状的优化和测量方法等主要关键技术展开了系统深入的理论研究、MC模拟和物理实验,构建了大米中Cd、As、Se、Pb元素的最佳分析模式,有效地降低了检出限,并提高了测量精确度,具有较高的学术意义和应用价值。论文取得的主要成果和创新性如下:(1)建立了楔形、球形和圆柱形等异形样品的X射线荧光分析的数学模型,拓宽了EDXRF法的理论基础。计算了初级滤光片、次级滤光片和二次靶的最佳物理参数。(2)通过MC软件对楔形样品的“源-探垂直”、“源-探贴边”和“源-探等高”三种几何结构进行了模拟,结果显示,源-探垂直布置的峰背比最大,As和Se的楔形最佳角度为85o,Pb为55o,Cd为70o。同时还模拟了圆柱形和球形样品的“源-探垂直”结构,但其峰背比指标较楔形样品差。(3)通过MC模拟,得出As和Se的最佳管压为38kV,Pb的最佳管压为40kV,为测量方便,As、Se、Pb的管压均设置为38kV。Cd的峰背比随着管压的增大而增大,在60kV后曲线趋于平缓,因此,Cd的管压设置为60kV(实验用X射线管的最大管压为65kV)。为了保证模拟结果的可靠性,MC模拟还作了抽样次数,结果显示,抽样次数与相对标准误差成幂函数分布,在抽样次数大于8×108后曲线平缓。(4)以Al、Fe和Cu作为初级滤光片进行MC模拟,结果表明,As和Se选用1200μm厚的Al片滤波时峰背比最大,Pb选用48μm厚的Cu片滤波时峰背比最大,为测量方便,统一选用1200μm厚的Al片作为As、Se和Pb的初级滤光片。分析Cd时,虽然22μm厚的Cu滤光片的峰背比最大,因Cu易氧化,故选用32μm厚的Fe片(或304不锈钢片)作初级滤光片。(5)MC模拟了平衡滤光片对As、Se和Cd特征荧光的滤波效果,结果显示,虽然平衡滤光片大大提高了峰背比,但是特征峰的计数差值也变得很小,统计涨落误差很大,使得其分析准确度较差,所以未进行相应的物理实验验证。(6)采用反射靶和透射靶两种激发模式进行分析Cd的试验,结果表明,用反射靶激发时,高6mm、半径4mm的Ba和La靶的峰背比最大;用透射靶激发时,220μm厚的Ba靶的峰背比最大,且比反射靶的激发效果更好。(7)在最佳模式条件下,实验测得Cd、As、Pb的检出限分别为0.163、0.180、0.205,平均相对误差在±10%以内,达到了大米重金属检测工作的需求。论文从理论分析和MC模拟得到一套EDXRF法检测大米重金属元素的最佳探测方案,并通过物理实验得到验证,达到预期的要求。但由于时间的限制,研究中的一些问题,比如平衡滤光片的实际分析效果,As、Se、Pb元素转换靶的选用等还未作深入研究,有待在以后的工作中完成。