(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 106248708 A(43)申请公布日 2016.12.21
(21)申请号 201610776494.1(22)申请日 2016.08.31
(71)申请人 江苏天瑞仪器股份有限公司
地址 215347 江苏省苏州市昆山市玉山镇
中华园西路1888号天瑞产业园(72)发明人 应刚 吴敏 (51)Int.Cl.
G01N 23/223(2006.01)G01N 1/28(2006.01)
权利要求书2页 说明书6页 附图2页
(54)发明名称
一种X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法(57)摘要
本发明公开了一种X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，包括：1）取一定量土壤粉末；2）将所述土壤粉末装入样品杯并用手动压片机压实，形成待测样品；3）将待测样品放入样品测试盒中，该测试盒包括：外壳，所述外壳上端具有孔，孔内安装有弹片；样品台，所述样品台安装在所述外壳内部的底端；手持机，所述手持机前端有N个凹槽，所述手持机通过凹槽和所述弹片的配合与所述样品测试盒联接；4）利用X荧光光谱法测量待测样品的X荧光强度；以及5）基于所述待测样品的X荧光强度，计算得到该土壤中的铅元素含量；本发明所述方法采用便携式X荧光光谱法可对土壤样品直接进行铅元素定量分析，测试准确率达到96%以上，测试方法操作简单，无污染，无耗材，同时，本发明的实施例的测定方法还具有如下优点：体积小，易携带，方便野外工作，现场分析。
CN 106248708 ACN 106248708 A
权 利 要 求 书
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1.一种X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，其特征在于，包括：1）取一定量土壤粉末；2）将所述土壤粉末装入样品杯并用手动压片机压实，形成待测样品；3）将待测样品放入样品测试盒中，该测试盒包括：外壳，所述外壳上端具有孔，孔内安装有弹片；样品台，所述样品台安装在所述外壳内部的底端；手持机，所述手持机前端有N个凹槽，所述手持机通过凹槽和所述弹片的配合与所述样品测试盒联接；
4）利用X荧光光谱法测量待测样品的X荧光强度；以及5）基于所述待测样品的X荧光强度，计算得到该土壤中的铅元素含量。
2.根据权利要求1所述的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，其特征在于，在所述步骤5）中，通过下述公式（1）计算得到该土壤中的铅元素含量，
C=bI+a （1）
其中C表示土壤中的铅元素质量百分含量，I表示待测样品的X荧光强度，b和a为固定参数。
3.根据权利要求2所述的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，其特征在于，所述固定参数b和a是通过如下方法得到：
4-1）将一系列的不同已知铅含量的土壤粉末，得到不同已知铅含量的标准样品，将其装入样品杯并用手动压片机压实；
4-2）分别测定不同已知铅含量的标准样品的X荧光强度，并分别基于各铅含量和其相对应的X荧光强度来标定标准曲线；
4-3）通过下述线性回归方程，求出固定参数b和a,
其中，和分别表示不同已知铅含量的标准样品的平均质量百分含量和平均X荧光强度。4.根据权利要求1所述的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，其特征在于，在步骤2）中所述装入样品杯中的所述土壤粉末的重量占步骤1）中所得到的土壤粉末的重量的1/10以下。
5.根据权利要求4所述的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，其特征在于，所述步骤1）中所得到的土壤粉末的重量为100克。
6.根据权利要求3所述的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，其特征在于,步骤4-1）中，所述标准样品的数量大于等于4。
7.根据权利要求1所述的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法， 其特征在于，所述手持机还包括：
X荧光发射器，所述手持机内部安装有所述X荧光发射器。
8.根据权利要求1所述的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法， 其特征在于，所述样品检测盒还包括：
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权 利 要 求 书
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拉手板，所述拉手板安装在所述样品检测盒的一侧，并通过弹性部件与所述弹片连接。9.根据权利要求1所述的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法， 其特征在于，所述手动压片机压片时的压力：20MPa-22 MPa之间。
10.根据权利要求1所述的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法， 其特征在于，所述手持机上的凹槽数量为：N大于等于2，且相对设置。
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说 明 书
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一种X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法
技术领域
[0001]本发明涉及环境检测，具体来说，涉及一种土壤中铅元素的测定方法。
背景技术
[0002]近年来，重金属污染事故频发，如陕西凤翔儿童血铅超标、山东临沂砷污染事件、湖南浏阳铅污染事件、紫金矿业污染事件、广西龙江铅污染事件等。这些重金属污染事件不但给社会带来了重大的经济损失也威胁着人们的健康生活，也引起国家相关环保部门的高度重视，同时把重金属污染防治，深化重金属监测工作摆在了更加紧迫、更加重要的位置上；、国标对于土壤中重金属元素铅的检测基本属于化学检测方法，需对样品进行酸处理，处理方法一般采用微波消解法、湿法消解法等，操作繁琐，同时使用强酸、有大量酸气产生，整个样品处理时间长，至少2小时，费时费力；同时该方法只能取样测试，不能满足现场快速测试的要求。
[0003]为了满足现场快速测试的要求，我们研究使用便携式X荧光光谱法对土壤中的铅检测，仅需对土壤进行现场取样，快速制备，精准测试，前期制备方法简单，且使用X荧光光谱法可进行一键化操作，无需专业培训即可完成，操作简单。发明内容
[0004]有鉴于此，需要克服现有技术中的上述缺陷中的至少一个。
[0005]本发明提供了一种X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，包括：1）取一定量土壤粉末；
2）将所述土壤粉末装入样品杯并用手动压片机压实，形成待测样品；3）将待测样品放入样品测试盒中，该测试盒包括：外壳，所述外壳上端具有孔，孔内安装有弹片；样品台，所述样品台安装在所述外壳内部的底端；手持机，所述手持机前端有N个凹槽，所述手持机通过凹槽和所述弹片的配合与所述样品测试盒联接；
4）利用X荧光光谱法测量待测样品的X荧光强度；以及5）基于所述待测样品的X荧光强度，计算得到该土壤中的铅元素含量。[0006]使用烘干、研磨、过目筛等一系列前处理，这些前处理一可以使待测粉末样品颗粒更均匀，二可以使一定颗粒大小的粉末样品被排除在外，一般情况下，是将尺寸大于某特定尺寸的粉末颗粒排除在外，以保证粉末样品中的铅元素测试的规律性和可重复性，实际上，颗粒的大小对测试结果准确性存在较大的影响；在过目筛之后，粉末得到充分的混合，保证样品均匀性；同时保证样品的颗粒度，降低X荧光测试的颗粒度效应及矿物效应的影响。[0007]同时，本发明的实施例的测定方法还具有如下优点：样品处理方法简单，仅使用简单工具对样品进行前期制备即可，样品前处理仅需2min；仪器测试简单，一键化操作即可以，且无任何废弃耗材，仪器具备样品测试盒，保证测试安全可靠。
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说 明 书
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另外，根据本发明公开的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，还
具有如下附加技术特征：
根据本发明的一些实施例，在所述步骤4）中，通过下述公式（1）计算得到该土壤中的铅元素含量，
C=bI+a （1）
其中C表示土壤中的铅元素质量百分含量，I表示待测样品的X荧光强度，b和a为固定参数。
[0009]利用X荧光光谱仪的测试原理，铅的含量与激发的铅后获取的X荧光强度成正比，由此，根据所得到的X荧光强度，即可以求得该土壤中的铅含量。[0010]根据本发明的一些实施例，所述固定参数b和a是通过如下方法得到：
4-1）将一系列的不同已知铅含量的土壤粉末，得到不同已知铅含量的标准样品，将其装入样品杯并用手动压片机压实；
4-2）分别测定不同已知铅含量的标准样品的X荧光强度，并分别基于各铅含量和其相对应的X荧光强度来标定标准曲线；
4-3）通过下述线性回归方程，求出固定参数b和a,
其中，和分别表示不同已知铅含量的标准样品的平均质量百分含量和平均X荧光强度。[0011]需要说明的是，b和a的值可以参考仪器的固定参数，也可以通过标准铅含量的土壤通过求取标准曲线，并通过线性回归方程求得。[0012]根据本发明的一些实施例，在步骤2）中优选所述装入样品杯中的所述土壤粉末的重量占步骤1）中所得到的土壤粉末的重量的1/10以下。
[0013]制备大量粉末而取其中一定比例部分来进行检测，可以更好地保证测试的可重复性和精度。
[0014]根据本发明的一些实施例，所述步骤1）中所得到的土壤粉末的重量为100克。[0015]根据本发明的一些实施例，步骤4-1）中，所述标准样品的数量大于等于4。[0016]根据本发明的一些实施例，所述手持机还包括：X荧光发射器，所述手持机内部安装有所述X荧光发射器。
[0017]根据本发明的一些实施例，所述样品检测盒还包括：拉手板，所述拉手板安装在所述样品检测盒的一侧，并通过弹性部件与所述弹片连接。[0018]检测样品时，将所述手持机的前端放入所述检测盒上端的孔，拉动所述拉手板，所述弹片插入所述手持机的凹槽中，使所述手持机和所述样品检测盒紧密连接，防止辐射泄漏；
样品检测完成后，拉动所述拉手板，所述弹片弹出所述手持机的凹槽，拿出所述手持机即可。
[0019]根据本发明的一些实施例，所述手动压片机压片时的压力：20MPa-22 MPa之间。[0020]根据本发明的一些实施例，所述手持机上的凹槽数量为：N大于等于2，且相对设
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说 明 书
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置。
手动压片机上安装有压力表，能够精准的掌握压力的大小，本发明的压制待测样
品的压力为：20MPa-22 MPa之间，这个压力范围压制出来的样品均匀性好，适当消除了颗粒度效应和矿物效应的影响，同时压制样品时用硼酸辅助压片。
[0022]运用所述手动压片机和所述便携式样品测试盒可以直接在现场进行样品制作和样品检测，大大提高了样品检测的效率和精准度；所述便携式样品检测盒通过弹片直接安装在样品室上，样品室前方可放置样品，其中还有很厚的铅版，可以防止辐射泄漏，这种连接方式方便插拔，缝隙小，结构简单，操作方便，安全性强。
[0023]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明
[0024]本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1 本发明的流程图；图2 为本发明的便携式样品检测盒的示意图；图中，1为手持机，2为拉手板，3为外壳。具体实施方式
[0025]下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0026]下面将参照附图来描述本发明的X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，其中图1是本发明的流程图。[0027]根据本发明的实施例，如图1所示，本发明提供了一种X荧光光谱法对土壤中重金属元素铅的快速测定方法，包括：
1）取一定量土壤粉末；2）将所述土壤粉末装入样品杯并用手动压片机压实，形成待测样品；3）将待测样品放入样品测试盒中，该测试盒包括：外壳3，所述外壳3上端具有孔，孔内安装有弹片；样品台，所述样品台安装在所述外壳3内部的底端；手持机1，所述手持机1前端有N个凹槽，所述手持机1通过凹槽和所述弹片的配合与所述样品测试盒联接；
4）利用X荧光光谱法测量待测样品的X荧光强度；以及5）基于所述待测样品的X荧光强度，计算得到该土壤中的铅元素含量。[0028]在取土壤粉末时，对于土壤进行烘干、研磨、过目筛等一系列前处理，尽量选取颗粒小、均匀的样品，保证样品均匀性；同时保证样品的颗粒度，降低X荧光测试的颗粒度效应及矿物效应的影响，也能够保证测试的高精确性。[0029]使用烘干、研磨，过目筛等前处理一可以使待测粉末样品颗粒更均匀，二可以使一定颗粒大小的粉末样品被排除在外，一般情况下，是将尺寸大于某特定尺寸的粉末颗粒排
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除在外，以保证粉末样品中的铅元素测试的规律性和可重复性，实际上，颗粒的大小对测试结果准确性存在较大的影响；在过目筛之后，粉末得到充分的混合，保证样品均匀性；同时保证样品的颗粒度，降低X荧光测试的颗粒度效应及矿物效应的影响。[0030]同时，本发明的实施例的测定方法还具有如下优点：样品处理方法简单，仅使用简单工具对样品进行前期制备即可，样品前处理仅需2min；仪器测试简单，一键化操作即可以，且无任何废弃耗材，仪器具备样品测试盒，保证测试安全可靠。[0031]根据本发明的实施例，步骤一中，测定公式为：
C=bI+a；
其中C代表待测样品含量，I代表待测样品的X荧光强度；其中线性回归方程为：
根据本发明的实施例，所述固定参数b和a是通过如下方法得到：4-1）将一系列的不同已知铅含量的土壤粉末，得到不同已知铅含量的标准样品，将其装入样品杯并用手动压片机压实；
4-2）分别测定不同已知铅含量的标准样品的X荧光强度，并分别基于各铅含量和其相对应的X荧光强度来标定标准曲线；
4-3）通过下述线性回归方程，求出固定参数b和a,
其中，和分别表示不同已知铅含量的标准样品的平均质量百分含量和平均X荧光强度。[0032]需要说明的是，b和a的值可以参考仪器的固定参数，也可以通过标准铅含量的土壤通过求取标准曲线，并通过线性回归方程求得。[0033]优选地，在步骤4-1）中样品中加入一定比例的镍元素，来去除相邻元素之间的干扰，双倍和峰的干扰以及逃逸峰的干扰等，通过系数计算出影响元素的影响值，在测试过程中扣除掉这个影响值。
[0034]根据本发明的一些实施例，步骤二中，所述装入样品杯中的粉末剂量与所述定量土壤之比为1/10。[0035]可选地，所述定量土壤为100克。[0036]可选地，所述装入样品杯中的粉末剂量为10克。[0037]根据本发明的一些实施例，步骤一中，所述标准样品的数量大于等于4。[0038]根据本发明的一些实施例所述手持机1还包括：X荧光发射器，所述手持机1内部安装有所述X荧光发射器。
[0039]根据本发明的一些实施例，所述样品检测盒还包括：拉手板2，所述拉手板2安装在所述样品检测盒的一侧，并通过弹性部件与所述弹片连接。
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CN 106248708 A[0040]
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检测样品时，将所述手持机1的前端放入所述检测盒上端的孔，拉动所述拉手板2，
所述弹片插入所述手持机1的凹槽中，使所述手持机1和所述样品检测盒紧密连接，防止辐射泄漏；
样品检测完成后，拉动所述拉手板2，所述弹片弹出所述手持机1的凹槽，拿出所述手持机1即可。
[0041]根据本发明的一些实施例，所述手动压片机压片时的压力：20MPa-22 MPa之间。[0042]根据本发明的一些实施例，所述手持机1上的凹槽数量为：N大于等于2，且相对设置。
[0043]手动压片机上安装有压力表，能够精准的掌握压力的大小，本发明的压制待测样品的压力为：20MPa-22 MPa之间，这个压力范围压制出来的样品均匀性好，适当消除了颗粒度效应和矿物效应的影响，同时压制样品时用硼酸辅助压片。
[0044]运用所述手动压片机和所述便携式样品测试盒可以直接在现场进行样品制作和样品检测，大大提高了样品检测的效率和精准度；所述便携式样品检测盒通过弹片直接安装在样品室上，这种连接方式方便插拔，缝隙小，以防辐射泄漏，结构简单，操作方便，安全性强。
[0045]根据本发明的一些实施例，曲线的测试激发条件是：激发管压20-50KV(千伏)，激发管流50-100μA（微安），滤光片：钼钛叠加片（钼片厚度0.05-0.15毫米、钛片厚度0.1-0.5毫米），铅元素检测能级：10-15 KeV。[0046]优选地，曲线的测试激发条件是：激发管压30-40KV(千伏)，激发管流70-90μA（微安），滤光片：钼钛叠加片（钼片厚度0.08-0.12毫米、钛片厚度0.2-0.4毫米），铅元素检测能级：11-13 KeV。[0047]下面，参考实施例，详细描述本发明的测试方法。[0048]根据本发明的一个实施例,在全背景的情况下，称取一系列已知铅含量的土壤粉末样（过40目筛）约10g，装入样品杯，并使用手动压片机将土壤样品压实，以得到标准样品；
测量上述标准样品的X荧光光谱，获取已知含量标准样的X荧光强度，并根据浓度与其对应的X荧光强度制作标准曲线；
根据标准曲线，通过下述线性回归方程，求出固定参数b和a,
其中，和分别表示不同已知铅含量的标准样品的平均质量百分含量和平均X荧光强度。[0049]取100g土壤样品，烘干、研磨、过目筛；
称取10g土壤粉末样品，装入样品杯，并使用手动压片机将样品压实，制备成为适合X荧光测试的待测粉末样品；
将待测样品放入便携式样品测试盒进行检测；测定待测粉末样品的X荧光光谱，获取其X荧光强度，并通过下述公式（1）计算得到该土壤中的铅元素含量，
C=bI+a （1）
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CN 106248708 A
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其中C表示土壤中的铅元素质量百分含量，I表示待测样品的X荧光强度，b和a为固定参数。
[0050]
尽管参照本发明的多个示意性实施例对本发明的具体实施方式进行了详细的描述，但是必须理解，本领域技术人员可以设计出多种其他的改进和实施例，这些改进和实施例将落在本发明原理的精神和范围之内。具体而言，在前述公开、附图以及权利要求的范围之内，可以在零部件和/或者从属组合布局的布置方面作出合理的变型和改进，而不会脱离本发明的精神。除了零部件和/或布局方面的变型和改进，其范围由所附权利要求及其等同物限定。
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说 明 书 附 图
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说 明 书 附 图
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