X射线荧光光谱技术在水质重金属在线监测仪中的应用

王云凤

（甘肃省地质矿产勘查开发局第四地质矿产勘查院，甘肃 酒泉 735000）

随着工业的快速发展，重金属污染日益严重，严重的威胁着人类的生存安全，阻碍了社会经济正常发展进程。众所周知，水质重金属污染是难以治理的，主要体现在三个方面：一是重金属元素以“惰性”为主，难以借助化学物质之间化学反应清除；二是水体流动速度较快，导致化学反应未进行或者进行不彻底就已经被水体冲散或稀释掉；三是水体量庞大，在水体中加入与之对应的反应物时因水流过快等原因而无法确定加入量的多少，限制了重金属元素与其他物质之间的反应[1]。因此，加强水质污染源的监控与管理至关重要，而进行准确把控重金属污染物质来源的技术就是重金属检测技术。本文以X射线荧光光谱技术为研究对象，分析其在水质重金属在线监测仪中的应用。

1 重金属在线监测仪发展现状

水体是重金属污染扩散的重要媒介，电力企业、电池企业以及冶金等行业是重金属污染的主要源头，在工业生产废水中含有不同浓度的重金属元素，因此，也是有效控制重金属元素污染急需关注的重点对象。随着国家以及社会群体对重金属元素污染认知的深入，逐步加大了重金属排放标准的制定等力度，督促上述企业加强重金属污染处理，只有重金属含量达标的企业才能排放工业废水。此时，为了进行动态监测废水中重金属含量变化，应具有灵敏度高的在线监测仪器，方便企业在线检测。

通过市场调查发现，目前常见的重金属废水在线监测使用率最高的依然是传统的化学比色法，该方法在现阶段排水要求中存在如下不足：①该方法是在检测前期加入反映药剂、显色药剂、掩蔽药剂等，使得被测水体的颜色显示出来，再根据水体所呈现的颜色深浅变化来判断水体中重金属元素的含量以及浓度大小，该种方法虽然可以起到检测的作用，但是检测灵敏度较低，属于间接检测方法，并且检测早期加入的各种添加药剂随着废水排除，对水体进行二次污染；②该种方法在检测过程中容易受到检测环境的影响，如被检测样品中颗粒物的含量、被测水体色度以及其他元素的影响，通常要经过预处理才能进行过滤式取样，因此所获得的数据是不准确的，即所测样品的代表性不足以反映被检测水体的真实状况；③添加药剂的精准控制较难，水体中重金属元素含量的多少是无法准确估计的，因此，所加入的反映药剂、显色药剂、掩蔽药剂等是无法准确计算的，在检测过程中常出现加入药剂过量或不足的现象，因此最后所获得的检测数据是不可靠的[2]；④每次获取样品、检测、得出数据的过程较长，所获数据没有代表性和实时性，因此，所获数据是片面的。

综上所述，传统的化学比色法检测方法存在较大的缺陷，已经不足以满足当前社会市场的实际需求（表1），因此，探索一套符合实际需求的快速、准确的在线检测技术是亟待面对的问题。基于此，本文尝试分析X射线荧光光谱技术在水质重金属在线监测仪中的应用效果。

2 X射线荧光光谱的水质重金属在线监测仪结构分析

将X射线荧光光谱技术应用于水质重金属在线监测仪中，其系统结构主要包括以下几个几个单元，即进样单元、检测单元、分析单元、控制单元、清洗单元。其中分析单元主要针对检测单元发出的指令进行测试样品的分析，而控制单元主要控制进样单元、检测单元、分析单元的运行状况，清洗单元主要与检测单元相互连通，主要是用于清晰检测单元在检测过程中的残留物质，防止影响下一组检测结果。检测单元主要由X射线源、检测池、荧光信号检测器等组成。X射线源照射至常温物体表面受到光照时，使得物体内部的微粒活性增强，促使微粒在物体表面的形态以及运动规律发生改变，在转变过程中，微粒就会发出一种光线，即荧光，随着重金属元素含量的增加，荧光的亮度越强[3]。分析单元包括数据的采集以及运算电路板、信号处理器、输入输出接口等，其中输入接口与荧光信号检测器相互连接，在完成检测分析后，处理后的检测数据就通过输出接口传递至控制单元中心。系统控制单元和通讯单元组成了控制单元，前者以接受分析单元传递数据后，借助通讯单元的远程通讯功能传递信息。此外，重金属在线监测仪中含包含了检测数据查询、远程通讯、参数设置等基本功能。

表1 常见重金属检测方法特征对比统计表

3 重金属在线监测仪的工作流程

在使用重金属在线监测仪过程中要严格按照仪器的操作步骤进行，不仅可以获得相对稳定的检测数据，更能延长监测仪的使用寿命。重金属在线监测仪的工作流程主要包含以下几个方面的内容：①启动在线监测仪的水泵，等待被测水样进入流通管路到达送样单元内部，并经过粗过滤初步处理水样，清除水体中大颗粒的泥沙等杂质；②采样泵一将粗过滤后的被测水样输送至调压阀一和切换阀中，在输送至检测池中，等检测流程进行完成后，将检测后的水样从排放口排除；③X射线源照射通过的被测样品，荧光接收器就可以获得水样中重金属物质激发的荧光光谱；④当荧光信号检测器接收到金属物质激发出来的荧光信号后，通过信号处理运算单元，将荧光光谱变化转化为重金属元素的含量，并返回至控制单元，通过输出接口输出检测数据[3]；⑤控制单元在接受运算单元反馈回来的数据后，将其上传至通讯显示平台中，便于相关部门对检测状况的动态监管；⑥在检测完成后，启动清洗单元，清洗水样经过的所有设备。

4 X射线荧光光谱的水质重金属在线监测仪的应用效果分析

与传统的化学比色法在线检测方法以及其他检测方法相比，X射线荧光光谱的水质重金属在线监测仪的应用效果较好，主要表现在以下几个方面：

（1）X射线荧光光谱的水质重金属在线监测仪的自动化程度明显高于传统的化学比色法，被检测样品经过进样单元依次输送至检测单元和分析单元，而控制单元分别对分析单元、检测单元以及进样单元进行管控，因此，该技术具有较为先进的自动化技术，能够获得实时动态监测数据。此外，在重金属污染检测过程中无需添加反映药剂、显色药剂、掩蔽药剂等，可以直接通过检测而获得动态数据，能够更为精确的反映出被测水样中重金属元素的含量变化规律。

（2）X射线荧光光谱的水质重金属在线监测仪所获得检测数据具有较好的稳定性和准确性，被测水样经过检测池时，仅清除了大颗粒的砂石等杂质，基本未改变废水中颗粒污染物的含量，因此所获数据具有较好的代表性和准确性。此外，检测过程中无需添加任何添加药剂，所以所获数据具有较高的稳定性。

（3）X射线荧光光谱的水质重金属在线监测仪的原理是借助X射线源照射被测水样，激发水样中的重金属元素发生出相应的荧光，再通过荧光信号检测器接收并分析转换为相应的含量，因此，该设计系统具有较高的稳定性能，基本不受被测水样中漂浮物质、水体浑浊度等的影响，进而确保了所测数据的可靠性。

（4）基本实现了测试数据实时动态监测和数据共享平台，检测完成后，检测单元将所获数据反馈至控制中心，控制中心在接收数据后将其上传至远程通讯显示平台中，不仅便于所测企业单位及时查看，更方便于上级主管单位的动态监控，为促进废水净化处理提供保障。

（5）与传统的化学比色法相比，X射线荧光光谱的水质重金属在线监测仪的应用过程中未加入任何添加药剂，不会对环境产生二次污染。

5 结语

综上所述，随着我国社会经济的快速发展，重金属污染问题日益突出，如何加强重金属排放企业废水中重金属含量监测工作是当前亟待解决的问题。传统的化学比色法已逐渐不适用于现代社会发展的基本需求，且所获检测数据不足以代表被测水样的真实状况，因此，本文尝试探索X射线荧光光谱的水质重金属在线监测仪的应用，为推动水质重金属在线监测仪的发展提供帮助。