XRF分析污泥中的重金屬

能量色散X 射線熒光 (EDXRF) 適合于對污泥中的重元素進行篩查和監控。這項技術依賴于高靈敏度的探測器，能夠測量從鈉(Na, Z=11) 到鈾(U, Z=92)所有元素的發射譜線，測量濃度可從幾個ppm到百分含量，且樣品制備非常簡單，一次完整的樣品分析所需的時間不超過15 min，是一種能夠快速、簡便的半定量分析方法。本實驗應用ARL QUANT'X EDXRF 分析儀，對污泥樣品實現了快速、靈敏地篩查，結果表面，所有元素檢出限均符合要求。

污泥是生活污水和廢水處理的副產物， 主要由富含營養素如N和P 的有機物質組成。在廢水處理過程中污泥會富集廢水中的重金屬和其他有害成分。政府法規對污泥中的重金屬含量有嚴格限制，如歐盟SludgeDirective 86/278/EEC 和美國的 EPAPart 503。對污泥的監控通常有多達10種重金屬(As, Cr, Cd, Cu, Pb, Hg, Mo,Ni, Se 和Zn) 的含量。若未達到最大容許濃度，則通過焚燒的方式進行處理。

實驗條件

儀器條件

ARL QUANT'X EDXRF 分析儀，電制冷硅(鋰) 探測器：15 mm² 的巨大有效面積和3.5 mm厚的晶體，50瓦空氣冷卻的銠靶X 射線光管，最大激發電壓：50KV，8個初級光束濾光片：

優化從Na 到U 所有元素的峰-背景信號，10 位旋轉式自動進樣器。

激發條件

對于EDXRF 分析儀而言， 靈敏度和精度是通過對樣品中只關注的元素有針對性的激發來得到的。ARLQUANT'XTMEDXRF 分析儀提供了沒有限制的激發電壓組合(4~50 kV) 和多個初級光束濾光片用于最佳背景控制。如表1 所示，每個污泥樣品都采集了7 個光譜圖，總計數時間為6 min，即每個樣品的實際分析時間為不超過12 min。

表 1. 樣品的分析條件

樣品制備

污泥中的重金屬濃度以干基中的mg/kg (ppm) 表示。樣品制備方法是將烘干后的污泥在研磨機中研磨至顆粒尺寸小于50 μm，可以將顆粒效應最小化。雖然粉末可以直接進行分析，但是使用手動壓片機，在15 t 壓力下，不使用粘結劑，將粉末壓制成片可以改善準確度和樣品間的重復性。實驗分析

校準

基本參數法 (FP) 用于這些污泥樣品的定量分析。FP 模型由20 個純元素/化合物標樣校準得到，這些標樣取自用于定量分析的常見元素分析包。這個分析包是ARL QUANT'X EDXRF 分析儀的可選配置，涵蓋了整個元素周期表所有必要的元素。污泥中含有大量的有機基體部分 (多達65 % w/w) ，而這部分不會生成光譜中的特征信號，需要將這部分未知的基體定義為FP分析程序的一部分。而對于典型的污泥樣品，有機組分明確的定義為纖維(C₆H₁₀O₅)。

驗證

用4 個污泥參考物質 (BCR 144R,B C R1 4 5R , B C R146R 和 NIST 2781)作為“ 未知樣品”來驗證該校準。這些參考物質同時包含了生活和工業污泥。表2 給出了這些參考物質的分析結果。

表 2. 使用ARL QUANT’X的污泥分析結果

如這些結果所示，使用純元素標樣得到的快速而簡單的FP 校準，其分析結果的相對偏差普遍在5%~10% 之內。如果額外使用一個典型標樣做更準確的校準，結果可以得到進一步的改善。如上所述，ARL QUANT'X EDXRF 分析儀可以作為一個篩選污泥樣品的優秀工具。

檢出限這些樣品的檢出限使用標準參考物質NIST 2781 推導得到。檢出限嚴重取決于樣品的基體類型和樣品中任何含量相對較高的干擾元素，參見表3。出人意料的是，所有元素的檢出限都可以達到幾個ppm。其中，重元素如Mo 和Cd 的檢出限都非常低。這些完全可以歸因于硅( 鋰) 探測器，特別是與許多EDXRF 儀器上安裝的非常薄的硅漂移探測器(SDD) 相比，它對重金屬元素有著優越的靈敏度。

表3. 分析污泥樣品時的檢出限 (ppm 60s計數時間)、

小結

ARL QUANT'X EDXRF 分析儀適用于對污泥中的重金屬進行篩選和監控。使用基本參數法和純元素化合物的校準簡單、快速，可以提供快速的半定量分析方法而不需要任何樣品制備。硅(鋰) 探測器對重金屬元素優異的靈敏度通常只能由高功率的WDXRF 儀器實現。