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应用分享 | XRF助力大气颗粒物成分分析

更新时间:2024-05-22      浏览次数:242

XRF助力大气颗粒物成分分析

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应用背景

大气颗粒物(PM2.5、PM10)是大气污染状况的重要监测指标,由于颗粒物粒径较小(0.1~100μm),因此可以直接进入人体胸部甚至肺部,会对人们的身体健康造成损害,特别是其中的汞、镉、铅、铬等重金属元素,均具有很强的生物毒性。对大气颗粒物中的元素组成进行解析,一方面成为日常环境监测的必要工作,另一方面还可以为污染物溯源、迁移扩散研究等课题提供支持,以更好地指导污染的预防和治理。

大气颗粒物的元素组成十分复杂,而且不同地区差异较大,在无污染地区以钠、镁、铝、硅等轻元素为主,在工业烟气中则可能含有较高的重金属元素。因此,方便快捷地进行多元素分析是大气颗粒物监测的必然要求。X 射线荧光光谱(XRF)作为一种高通量元素分析方法,可以同时分析原子序数 4(Be)~92(U)的几乎所有元素,检出限低至亚 ppm 级,并且无需复杂的样品前处理过程,是大气颗粒物成分分析的重要工具。此外,环境保护部已经颁布执行的 HJ830-2017《环境空气 颗粒物中无机元素的测定——波长色散 X 射线荧光光谱法》标准,也为 XRF 在大气颗粒物分析中的应用提供了技术指导与规范要求。

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仪器介绍

本实验使用 ARL Perform’X 4200 波长色散型 X 射线荧光光谱仪(下图)对空气滤膜样品进行分析。该光谱仪使用 4.2kW 高功率 Rh 靶 X 射线管作为光源,Be 窗厚度为 50μm(可选 30μm),这意味着仪器拥有较高的灵敏度,对于钠、镁、铝、硅等轻元素也能获得非常稳定的测试结果。高达百位的自动进样器还能进行大批量样品的自动分析,可以大大提高总体测试效率。



在样品制备方面,与 ICP-MS、AAS 等分析方法不同的是,沉积在空气滤膜上的颗粒物样品无需进行消解,可以直接进入 X 射线荧光光谱仪中进行分析。同时,由于空气滤膜中沉积的颗粒物属于薄层样品,基体效应小,因此其工作曲线还拥有较宽的线性范围和较低的检出限。

图 2 空气滤膜

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数据与讨论

利用空气滤膜商业标准样品,可以建立各元素的定量曲线。图 3 为其中部分重金属元素的曲线。

图 3 元素定量分析曲线

各元素的线性相关系数(R2)与估计标准误差(SEE)列于表 1 中。从表中可以观察到, 各元素 SEE 值约为 0.05~0.5μg/cm2,说明该方法具有较高的准确性。



通过空白滤膜的重复测试,我们可以测定该方法中各元素的检出限,详见表2。低于 0.01 μg/cm2 的检出限能够充分满足 HJ830-2017 标准的测试要求。



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结论

ARL Perform‘X 波长色散 X 射线荧光光谱仪性能优异,能够同时进行多元素分析,其高准确度和低检出限能够充分满足 HJ830-2017 环境标准的测试要求,是大气环境监测的强大工具。

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