提高便携式XRF测定仪在土壤污染调查中使用效果的措施

王晔，冷传旭，潘增志，吴邵芳

(1.青岛海泊尔建设工程检测有限公司，山东 青岛 266032；2.青岛市勘察测绘研究院，山东 青岛 266032； 3.青岛岩土工程技术研究中心，山东 青岛 266032)

0 引言

随着城市化进程的加快和土地资源的紧张，土壤环境管理、土壤污染及污染土壤再利用等成为政府及相关部门面临的重要课题[1]。2019年1月1日《中华人民共和国土壤污染防治法》正式颁布；2020年上半年，山东省和青岛市相继出台了《山东省建设用地土壤污染风险管控和修复技术文件质量评价办法(试行)》及《青岛市建设用地土壤污染风险管控和修复工作指引》，更加重视土壤污染状况调查工作。

1 研究背景

在土壤污染状况调查工作中，便携式XRF能够快速确定污染金属成分和污染程度，判断土壤污染状况，有针对性采集土壤，避免采样的盲目性，减少实验室分析工作量。它的快速及低成本，有助于克服土壤环境的复杂性以及其他一些不可预见的因素，随时优化完善原有调查方案。陆安祥等[2]利用XRF光谱测定土壤重金属铬、铜、铅、锌和砷的含量，并分析了土壤粒径、含水量对检测结果的影响，为建立可靠精确的模型提供理论依据。张建民[3]通过实验室分析结果比对了土壤粒径对便携式XRF测定仪使用的影响。杨桂兰等[4]认为检测时间和含水率是主要影响因素，土壤粒径和紧实度影响不明显。但在实际工作中由于便携式XRF方法本身和现场场地条件、土壤制样等的一些局限性，使其没有充分发挥应有的作用和效果，现场XRF检测这一步骤被不少调查项目放弃，而直接选择取样送实验室分析。本文结合上述国内研究成果，研究如何提高便携式XRF测定仪在实际调查现场土壤检测中的使用效果。

2 实验部分

2.1 试验仪器

便携式XRF测定仪采用OLYMPUS Vanta Element型号。开机使用前，均对照标样进行测试，标样测试浓度在允许误差范围内，再进行样品测试，排除因仪器精准度而影响实验结果的情况。

2.2 样品采集

本研究利用57和132号两个地块，进行现场采样研究。132号地块共采集土壤样品28个，57号地块共采集19个土壤样品。

2.3 现场原位测定

根据规范要求，土壤污染状况调查重金属及无机物所必须检测项目包括：砷、镉、铬(六价)、铜、铅、汞、镍。由于XRF的工作原理不能区分不同元素的化合价态，所以现场测定的铬元素含量是综合的而非六价铬，不具有参考价值，因此在土壤污染状况调查实际工作中，使用XRF现场测试，仅测试砷、镉、铜、铅、汞、镍六种元素。132号地块实施样品检测状态对XRF测试结果影响的对比试验。将28个样品分别装入塑料袋，压制成不同厚度试验，经对比分析选择10 mm、15 mm和20 mm厚的同一批土壤制样进行现场检测，并将其结果与实验室结果对比。

XRF检测时间是由X射线束激活过程持续的最小和最大秒数决定。当确定要使用多个射线束时，因为X射线管一次只能生成一个射线束，因此多个射线束要按顺序生成。所输入的检测时间取决于检测所需要的精确度，以及被检元素的组成成分。检测时间越长，检测精度越高。由于便携式XRF测定仪是一种现场检测设备，除了考虑必要的精确度外，还要考虑实际使用时的简便，因此57号地块实施样品检测时间对XRF测试结果影响的对比试验，寻找最适宜的现场设定检测时间。

3 结果与分析

3.1 不同样品状态对比试验

通过对XRF测定仪现场测试结果统计分析，以及对比选送实验室分析的样品的实际分析结果，利用式(1)进行计算偏差百分比。

偏差百分比=|XRF测试均值-实验室检测均值|/

将10 mm、15 mm、20 mm不同厚度的同一批土壤制样的XRF测试值与实验室检测结果进行统计对比分析，计算的偏差百分比如表1所示。

表1 XRF测试与实验室分析结果统计评价表

不同样品状态偏差百分比对比如图1所示，其测试对比结果表明：土壤样品厚度在15 mm以上时，能够保证大部分元素的XRF现场检测结果与实验室检测结果偏差百分比在30%以内，具有较好的符合性。

图1 不同样品状态偏差百分比对比图

3.2 不同检测时间对比试验

分别将XRF测定仪的检测时间设置为15 s、30 s和60 s进行检测，将三次不同检测时间的XRF测试值与实验室检测结果进行统计对比分析，计算的偏差百分比如表2所示。

表2 XRF测试与实验室分析结果统计评价表

不同检测时间均值与实验室检测均值对比如图2所示；不同检测时间偏差百分比如图3所示。由以上测试对比结果表明：XRF现场检测时间设定效果优劣15 s＜30 s≤60 s。镍、铜元素在60 s设定时间下效果优于30 s，但偏差百分比均不大于30%。镉元素含量较低，不纳入统计。综合考虑现场检测的精确度和时效性，最终选择30 s作为现场检测时间设定值。

图2 不同检测时间均值与实验室检测均值对比图

图3 不同检测时间偏差百分比图

4 结语

便携式XRF测定仪可以根据现行土壤污染状况调查规范要求现场测定砷、镉、铜、铅、汞、镍五项重金属及无机物。不同土样状态对于结果精确度有直接影响，土壤样品厚度在15 mm以上时，能够保证大部分元素的XRF现场检测结果与实验室检测结果偏差百分比在30%以内，具有较好的符合性。XRF现场检测时间设定在30 s及以上时效果较好，其中60 s检测时间效果好于30 s，但均与实验室检测结果偏差百分比不超过30%，考虑现场检测的时效性，推荐设置30 s作为便携式XRF测定仪的检测时间设置。