一种工业环境空气重金属的X射线荧光光谱在线检测方法

摘要

本发明公开一种工业环境空气重金属污染X射线荧光光谱在线检测方法，利用采样泵对工业环境空气进行连续采样，由粒径切割头对空气颗粒物进行了粒径分割，利用卷带空气滤膜对空气重金属进行富集，采用先进的能量色散型X射线荧光光谱（EDXRF）分析系统采集滤膜背景光谱和富集样品光谱，利用背景扣除方法消除卷带基底元素对检测的影响，采用最小二乘拟合算法实现空气重金属浓度的反演，实现了工业环境空气重金属污染多元素在线自动测量。

主权项

一种工业环境空气重金属的X射线荧光光谱检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采用采样泵抽取工业环境空气，采用粒径切割头对采集到的空气样品进行粒径切割，采用可定位和传动控制的气溶胶富集滤膜对粒径切割后的空气样品进行气溶胶富集，实现工业环境空气的连续实时采集以及重金属成分富集，设定气溶胶富集滤膜位置，设定时间T时，得到重金属富集点，并记录该时间T内采集的工业环境空气流量L；(2)、采用能量色散型X射线荧光光谱仪采集重金属富集点的X射线荧光光谱，具体如下：(a)采用能量色散型X射线荧光光谱仪采集气溶胶富集滤膜上两离散的重金属富集点之间空白位置的X射线荧光光谱作为背景光谱数据序列B(E)：(b)采用能量色散型X射线荧光光谱仪采集气溶胶富集滤膜上重金属富集点的X射线荧光光谱作为样品光谱数据序列S₀(E)，其中E为离散的重金属富集点对应的荧光能量；(3)、对光谱数据进行处理(3.1)进行样品光谱中背景光谱的扣除；样品光谱S₀(E)扣除背景光谱B(E)后重金属富集点的重金属元素的X射线荧光光谱S(E)如下：S(E)＝S₀(E)‑B(E)(3.2)进行元素光谱的谱峰识别；根据元素荧光谱峰值位置在对应的导数谱中为过零点，采用导数谱法进行元素荧光谱峰值位置的识别，对应导数谱信号为零的点记为峰值E_0i，即：${\left(\frac{dS\left(E\right)}{dE}\right)}_{E=E_{0i}}=0$(3.3)进行重金属元素识别；通过与元素X射线荧光光谱数据库中的标准谱数据比对确定，利用峰值识别确定的各峰值E_0i位置逐一与元素X射线荧光光谱数据库中各元素X射线荧光峰值进行比较，设置最大偏差阈值ΔE_0i＝50eV，当扣除背景谱的样品光谱S(E)各峰值位置E_0i与数据库中某元素的谱峰值位置偏差在偏差阈值ΔE_0i范围内，则该谱峰为该元素谱峰，即样品中存在该重金属元素；(3.4)进行确定重金属元素的浓度校准并反演工业环境空气重金属浓度；(3.41)确定薄膜重金属标准样品的标准光谱，具体如下：使用薄膜重金属标准样品进行校准光谱采集，薄膜重金属标准样品采用沉淀法制备，薄膜基底材料与测量使用气溶胶富集滤膜纸带基底材料相同，薄膜区形状和尺寸与系统空气采集富集区相同，每片薄膜中特定重金属元素含量已知m_0j(j表示膜特定重金属元素成分)，针对多元素重金属同时检测应用，薄膜重金属标准样品是单组份标准样品每个待测量重金属进行一次标准谱采集，各重金属元素标准样品测量得到的校准谱分别保存，第j种重金属元素标准样品测量得到的校准光谱记为R_0j(E)；(3.42)对扣除背景后得以样品光谱和校准光谱采用线性最小二乘拟合算法拟合，其中，第j种重金属元素的浓度拟合过程如下：(a)在S(E)中以第j种元素的特征谱峰值E_0j为中心，选取1keV宽的光谱数据，记为S_j(E)，总数据点数为n；同样，在第j种重金属元素标准样品测量得到的校准谱R_0j(E)中以第j种元素的特征谱峰值E_0j为中心，选取1keV宽的光谱数据，记为R_j(E)，总数据点数为n；(b)利用第j种重金属元素标准样品校准谱R_j(E)对膜富集重金属样品光谱S_j(E)进行最小二乘拟合，得拟合系数a如下：$a=\frac{n·\underset{E}{\Sigma }{R}_j\left(E\right)S_j\left(E\right)-\underset{E}{\Sigma }{R}_j\left(E\right)\underset{E}{\Sigma }{S}_j\left(E\right)}{n·\underset{E}{\Sigma }{R}_j{\left(E\right)}^2-{\left(\underset{E}{\Sigma }{S}_j\right(E\left)\right)}^2}$反演出气溶胶富集滤膜纸带上重金属富集点金属样品中第j中种重金属元素的质量m_j为：m_j＝a·m_0j(3.43)取空气重金属浓度为体积质量浓度，则工业环境空气中第j种重金属元素体积质量浓度C_j为：$C_j=\frac{m_j}{L};$(3.5)、对每种待测重金属元素，均按上述步骤完成浓度校准，完成一次测量；(4)、重复步骤(1)‑(3)，自动进行下一次测量。