Effect and Correction of Iron in Soil on Accuracy of Chromium Determination by Portable X-ray Fluorescence Spectrometry
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摘要: 便携式X射线荧光光谱仪(p-XRF)能够快速检测土壤中的铬元素，但由于土壤成分复杂、基体效应不明，导致其检测准确度较低。铁元素作为土壤基体中的主量元素，在不同类型土壤中含量变化范围大，是影响铬元素p-XRF测定准确度的主要元素之一，深入研究铁元素对铬元素荧光强度的影响有助于提高p-XRF测定土壤中铬元素的准确度。本文以人工配置的铬-铁土壤样品研究铬元素荧光强度与铬元素含量和铁元素含量的变化关系，采用经验公式校正铁元素对铬元素p-XRF分析准确度的影响。结果表明：土壤样品中的铁元素含量固定不变时，铬元素的含量与其相应的特征X射线荧光强度呈线性变化，相关系数均在0.9990以上，且铬元素荧光强度的增长速率随着土壤中铁元素含量的增加而增大；另外通过对同一铬含量、不同铁含量土壤样品的研究，验证了铁元素对铬元素的荧光增强效应，并发现该增强效应还与铁、铬元素的相互作用有关。结合铬、铁元素基体效应研究结果，本文建立了铁元素对铬元素p-XRF测定的校正方程式，相比于普通的线性回归，该方法的相关系数从0.9011提高到了0.9986，硅藻土样品的p-XRF分析平均相对误差从21.94%下降至2.52%，实际土壤样品的p-XRF分析平均相对误差从51.02%下降至5.21%。要点
(1) 土壤中铁元素对铬元素p-XRF测定荧光强度有增强效应。
(2) 铬元素荧光强度的增长速率随着土壤中铁元素含量的增加而增大。
(3) 建立了铁元素对铬元素p-XRF测定影响的优化校正模型。
(4) 模型相关系数提高至0.9986，实际土壤样品平均相对误差下降至5.21%。
HIGHLIGHTS(1) Iron has an enhanced effect on the fluorescence intensity of chromium in the soil measured by p-XRF.
(2) The growth rate of the fluorescence intensity of chromium increased with the increasing iron content in the soil.
(3) An optimized correction model for the effect of iron on p-XRF determination of chromium was established.
(4) The correlation coefficient of the model increased to 0.9986, and the average relative error reduced to 5.21% for actual soil samples.
Abstract:BACKGROUNDThe portable X-ray fluorescence spectrometer (p-XRF) can detect chromium in soil rapidly, but its detection accuracy is low because of the complexity of soil composition and the unknown matrix effect. As the main element in soil matrix, iron content varies widely in different types of soil, which is one of the main elements affecting the accuracy of p-XRF determination of chromium.OBJECTIVESTo improve the accuracy of p-XRF in the determination of chromium in soil.METHODSThe relationship between the fluorescence intensity of chromium and the content of chromium and iron was studied by using artificial soil samples with added chromium and iron. A calibration model was established based on research results.RESULTSWhen the content of iron in the soil sample was fixed, the content of chromium changed linearly with its corresponding characteristic X-ray fluorescence intensity, and the correlation coefficients were all above 0.9990. Moreover, the growth rate of the fluorescence intensity of chromium increased with the increase of iron content in the soil. In addition, through the study of soil samples with the same chromium content and different iron content, the fluorescence enhancement effect of iron on chromium was verified, and it was found that the enhancement effect was also related to the interaction of iron and chromium.CONCLUSIONSCombining the research results of matrix effects of chromium and iron, the correction equation of effect of iron on p-XRF determination of chromium has been established. Compared with ordinary linear regression, the correlation coefficient of this method increased from 0.9011 to 0.9986. The average relative error for p-XRF analysis of diatomite samples decreased from 21.94% to 2.52%, and the average relative error of p-XRF analysis of actual soil samples decreased from 51.02% to 5.21%.-
Keywords:
- portable X-ray fluorescence spectrometry /
- soil /
- heavy metal /
- iron /
- chromium /
- matrix effect
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中国是稀土资源大国，占世界稀土矿产资源的80%，稀土元素对岩石形成过程、元素的迁移等研究都有一定的作用，提供了有价值的信息[1-3]。由于稀土元素的化学性质极其相似，因此采用传统化学法分析时需要冗长的分离富集过程[4]，且只能测定稀土总量，而不能测定特定元素的含量[5]。样品中的稀土元素含量超过0.1%，对于这种通常概念上的微量元素，其实已转变为常量组分，大多采用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)[6]测定，相对于应用X射线荧光光谱法(XRF)的前处理程序比较繁琐且试剂用量大。
XRF法具有制样方法简单、分析速度快、重现性好等特点[7]，熔融制样法能消除粒度效应，降低元素间的基体效应影响，使复杂的试样也能完全熔融[8]，适合于多种固体样品中主量、次量多元素的同时测定。目前XRF法分析稀土矿石类样品，主要的应用有：混合稀土氧化物中稀土分量的测定[9-11]；采用同步辐射XRF法测定稀土元素的最低浓度[12]；利用粉末压片法制备样品，通过无标定量分析软件添加与待测组分相似样品来建立标签，从而实现稀土矿物中五氧化二磷的准确测定[13]；以及在其他地质矿化类样品中测定主次量元素开展了大量的研究[5, 14-17]。但应用于测定稀土矿石、矿化样品中的主、次量元素的相关报道较少。对于稀土样品的分析，存在现有的稀土国家标准物质少、稀土元素含量较低、重稀土元素谱线重叠严重等问题，从而导致了应用XRF分析稀土矿石类样品中的主量元素和稀土元素仍存在一定的困难。
鉴于此，本文通过现有的国家稀土标准样品和高纯稀土氧化物混合均匀制得的人工标准样品绘制工作曲线，扩大了自然界丰度较大的稀土元素镧、铈、钇的线性范围，应用熔融制样-波长色散XRF法测定样品，采用理论α系数的校准方法对主量元素进行校正的同时加入稀土元素的校正系数，其余元素用经验系数法来校正元素间的基体效应，对有谱线重叠的元素进行重叠干扰校正。通过对未知样品的检测和对标准样品的反测检验方法的可行性，证明了建立的测定方法可满足稀土矿化类样品分析的可靠性，可为地质评估提供满意的数据要求。
1. 实验部分
1.1 仪器和测量条件
Axios型X射线荧光光谱仪(荷兰帕纳科公司)。主要测量参数：X光管最大电压60 kV，最大电流125 mA，满功率4.0 kW，真空光路，视野光栏直径为32 mm，试样盒面罩直径32 mm。各待测元素的谱线选择和测量条件见表 1。
表 1 仪器分析条件Table 1. Working conditions of the elements by XRF元素及谱线 分晶体 准直器
(μm)探测器 电压
(kV)电流
(mA)2θ(°) PHD范围 峰值 背景1 背景2 Si Kα PE 002 550 FL 32 100 109.14 -2.3160 1.7938 26~76 K Kα LiF 200 150 FL 32 100 136.73 -1.1730 2.2190 26~74 Ti Kα LiF 200 150 FL 40 90 86.215 -0.6320 0.8640 26~75 Mn Kα LiF 200 150 DUP 55 66 62.998 -0.7190 0.7868 13~72 Na Kα PX1 550 FL 32 100 27.895 -1.8910 2.1214 22~82 Mg Kα PX1 550 FL 32 100 23.077 -1.8760 2.1788 20~78 Al Kα PE 002 550 FL 32 100 144.98 2.9372 -1.2490 21~76 P Kα Ge 111 550 FL 32 100 141.02 -1.3960 2.8040 23~78 S Kα Ge 111 550 FL 32 100 110.74 -1.5160 1.4708 16~74 Ca Kα LiF 200 150 FL 32 100 113.16 -0.8730 1.6258 28~70 Fe Kα LiF 200 150 DUP 55 66 57.530 -0.7130 0.8854 16~69 Cr Kα LiF 200 150 DUP 55 66 69.365 -0.6450 0.7386 12~73 Ni Kα LiF 200 150 DUP 55 66 48.658 -0.5890 0.8294 18~70 Y Kα LiF 200 150 SC 55 66 23.767 0.7668 -0.7400 23~78 Rb Kα LiF 200 150 SC 55 66 26.581 0.7720 -0.5110 22~78 Sr Kα LiF 200 150 SC 55 66 25.121 -0.5610 0.7542 22~78 Zr Kα LiF 200 150 SC 55 66 22.470 -0.7750 0.8758 24~78 Nb Kα LiF 200 150 SC 55 66 21.372 -0.5870 0.4690 24~78 Cu Kα LiF 200 150 DUP 55 66 45.010 -0.6960 0.9256 20~69 Zn Kα LiF 200 150 SC 55 66 41.796 -0.7050 0.6534 15~78 Ba Kα LiF 200 150 FL 40 90 87.204 0.6376 - 33~71 Rh Kαc LiF 200 150 SC 55 66 18.447 - - 26~78 V Kα LiF 200 150 DUP 40 90 76.929 -0.6230 - 15~74 Br Kα LiF 200 150 SC 55 66 29.940 -0.6830 0.9706 20~78 La Lα LiF 200 150 FL 40 90 82.938 -0.9010 24~78 Ce Lα LiF 200 150 DUP 40 90 79.047 -0.8740 - 26~78 Pr Lα LiF 200 150 DUP 55 66 75.379 -0.8580 - 15~74 Nd Lα LiF 200 150 DUP 55 66 72.141 -0.9860 - 13~74 Sm Lα LiF 200 150 DUP 55 66 66.237 0.9598 - 15~73 Tb Lα LiF 200 150 DUP 55 66 58.800 0.3626 - 15~72 Dy Lα LiF 200 150 DUP 55 66 56.600 -0.8020 - 15~71 Ho Lα LiF 200 150 DUP 55 66 54.575 -0.6550 - 16~71 Er Lα LiF 200 150 DUP 55 66 52.605 0.7728 - 17~71 Yb Lα LiF 200 150 DUP 55 66 49.038 0.8474 - 18~70 Lu Lα LiF 200 150 DUP 55 66 47.417 -0.4030 - 19~70 Ta Lα LiF 200 150 DUP 55 66 44.403 0.9066 - 20~69 Eu Lα LiF 200 150 DUP 55 66 63.591 0.4858 - 15~73 Gd Lα LiF 200 150 DUP 55 66 61.115 -0.8880 - 15~72 注: FL为流气式正比计数器, SC为闪烁计数器。DUP为流气式正比计数器和封闭式正比计数器串联使用，以提高探测效率。PHD为脉冲高度分析器。 Front-1型电热式熔样机(国家地质实验测试中心研制)。
铂金坩埚(95%铂+5%金)。石英表面皿:直径20 cm。
1.2 主要试剂
偏硼酸锂+四硼酸锂混合熔剂[8](质量比22：12，购自张家港火炬仪器厂):将混合溶剂置于大表面皿中，于马弗炉中650℃灼烧2 h，待冷却转入试剂瓶，置于干燥器中保存备。
碘化锂[18](脱模剂)：优级纯，浓度为40 g/L。配制方法：称取40.0 g碘化锂溶于100 mL棕色试剂瓶中，待用。
硝酸铵(氧化剂):分析纯。
氧化镧、氧化钇、氧化铈:均为分析纯, 纯度99.99%。
1.3 样片制备
样品及熔剂的称量：精确称取灼烧后的混合溶剂5.8500±0.0002 g于30 mL瓷坩埚中，精确称取0.6500±0.0002 g样品置于瓷坩埚中[16]，用玻璃棒充分搅匀(样品的要求:样品的粒径需小于200目，分取样品于纸质样品袋置于烘箱中，在105℃温度下烘样2 h。于干燥器内保存[16])。
熔样机条件设定：熔样温度1150℃，预熔2 min，上举1.5 min，摆平0.5 min，往复4次，熔样时间约为10 min；先粗略称取0.100 g硝酸铵[8]试剂平铺于铂金坩埚中，将称量好的试剂及样品倒入铂金坩埚中，滴两滴碘化锂溶液[18]，当熔样机温度到达1150℃后，用坩埚钳将装有试样的铂金坩埚放入熔样机，启动熔样机开始熔样。待熔样机提示熔样完成后，将铂金坩埚取出，此时样品为玻璃熔融状态。观察试样底部是否有气泡，如有气泡可手动将气泡摇出[16]，将铂金坩埚置于水平冷却台待样品底部与铂金坩埚分离后吹风冷却约3 min, 此时在玻璃样片上贴上标签，倒出样片置于干燥器中保存, 待测。
制备样片时，将稀土矿石标准物质(GBW07187、GBW07158、GBW07159、GBW07160、GBW07161)和人工配制标准样品(HC-XT-1~HC-XT-8)分别制备两套重复样片，一套用于建立标准曲线，另一套用作样品测量，检测方法的可行性。GBW07188、HC-XT-8分别重复制备10个，用于精密度的分析。岩石国家一级标准物质(GBW07122、GBW07123、GBW07124、GBW07125、GBW07104~GBW07106)，碳酸盐岩石标准物质(GBW07127~GBW07136)和超基性岩石样品(DZΣ1、DZΣ2)各制备一个用于建立标准曲线。
1.4 样品配制及制备标准曲线的范围
在自然界中，镧、铈、钇的丰度较大，日常样品检测中这三个元素矿化的样品最为常见，因此本文重点通过人工标准物质来解决镧、铈、钇高含量样品的定量问题。在不同的稀土矿石国家标准物质(GBW07187、GBW07188、GBW07158、GBW07159、GBW07160、GBW07161)中加入不等量高纯的稀土氧化物(La2O3、CeO2、Y2O3)扩大稀土的含量范围，既使各人工标准基体存在差异，镧、铈、钇含量又有一定梯度。制备人工标准样片时，各高纯稀土氧化物成分的质量和各标准物质称样量见表 2所示。
表 2 人工标准样品的配制Table 2. Preparation of artificial standard samples人工标准样品编号 La2O3加入量
(g)CeO2加入量
(g)Y2O3加入量
(g)国家标准物质编号 标准物质称样量
(g)HC-XT-1 0.0400 0.0500 - GBW07159 0.5600 HC-XT-2 0.0300 0.0400 - GBW07160 0.5800 HC-XT-3 0.0200 0.0300 - GBW07187 0.6000 HC-XT-4 0.0100 0.0200 - GBW07158 0.6200 HC-XT-5 - 0.0100 - GBW07188 0.6400 HC-XT-6 - - - GBW07187 0.3250 HC-XT-7 - - 0.0200 GBW07188 0.3250 HC-XT-8 0.0050 0.0050 - GBW07161 0.6300 GBW07188 0.6400 为满足不同类型稀土样品的测试要求，又要满足日常普通硅酸盐、碳酸盐样品的测试要求，本实验采用稀土矿石标准物质(GBW07187、GBW07188、GBW07158、GBW07159、GBW07160、GBW07161)，岩石国家一级标准物质(GBW07122、GBW07123、GBW07124、GBW07125、GBW07104~GBW07106)，碳酸盐岩石标准物质(GBW07127~GBW07136)，DZΣ1、DZΣ2和人工配制标准样品(HC-XT-1~HC-XT-8)共33个样片作为标准样品制备标准曲线。
各元素工作曲线范围列于表 3。
表 3 各元素工作曲线浓度范围Table 3. Working range of elements concentration主量元素 含量范围(%) 稀土元素 含量范围(μg/g) SiO2 0.3~74.55 Pr6O11 5.43~890 Al2O3 0.1~19.04 Sm2O3 13.53~2000 TFe2O3 0.07~3.49 Eu2O3 0.31~75 FeO 0.007~0.49 Gd2O3 27.91~2500 TiO2 0.003~0.537 Tb4O7 5.15~550 CaO 0.0224~55.49 Dy2O3 26.04~3700 Na2O 0.014~0.66 Tm2O3 2.29~310 MnO 0.004~0.1 Yb2O3 13.45~2100 P2O5 0.0022~0.124 La2O3* 0.002~6.16 MgO 0.066~20.15 CeO2* 0.0022~7.69 K2O 0.01~5.52 Y2O3* 0.017~3.2 Nd2O3* 0.0024~0.4 Lu2O3 1.91~300 Ho2O3 5.44~640 Er2O3 15.26~2000 Σ RExOy* 0.085~13.92 注：标记“*”的元素含量单位为%。 2. 结果与讨论
2.1 基体效应及谱线重叠干扰的校正
对主量元素采用消去烧失量的理论α系数法, 其余元素用经验系数法来校正元素间的基体效应，其中NiO、Rb2O、SrO、Y2O3、ZrO2、Nb2O5、Sm2O3、CeO2、Tb4O7、Ho2O3、Er2O3、Lu2O3采用Rh Kα线康普顿散射强度作内标校正基体效应[19]。采用帕纳科公司SuperQ3.0软件所用的综合数学校正公式(1)，通过回归，同时求出校准曲线的基体校正系数和谱线重叠干扰校正系数。
$ \begin{align} &{{C}_{\text{i}}}=\text{ }{{D}_{\text{i}}}-\sum {{L}_{\text{im}}}{{Z}_{\text{m}}}+{{E}_{\text{i}}}{{R}_{\text{i}}}(1+\sum\limits_{j\ne 1}^{N}{{{\alpha }_{\text{ij}}}\cdot {{Z}_{\text{j}}}+} \\ &\ \ \ \ \ \sum\limits_{j=1}^{N}{\frac{{{\beta }_{\text{ij}}}}{1+{{\delta }_{\text{ij}}}\cdot {{C}_{\text{j}}}}\cdot {{Z}_{\text{j}}}+\sum\limits_{j=1}^{N}{\sum\limits_{k=1}^{N}{{{\gamma }_{\text{ij}}}\cdot {{Z}_{\text{j}}}\cdot {{Z}_{\text{k}}}}})} \\ \end{align} $
式中：Ci为校准样品中分析元素i的含量(在未知样品分析中，Ci为基体校正后分析元素i的含量；Di为分析元素i的校准曲线的截距；Lim为干扰元素m对分析元素i的谱线重叠干扰校正系数；Zm为干扰元素m的含量或计数率；Ei为分析元素i校准曲线的斜率；Ri为分析元素i的计数率(或与内标线的强度比值)；Zj、Zk为共存元素的含量；Cj为共存元素j的含量；N为共存元素的数目；α、β、δ、γ为校正基体效应的因子。
根据快速扫描的结果，对有谱线重叠干扰的元素进行谱线重叠干扰校正，表 4列出了各稀土元素所校正的元素。
表 4 稀土元素的重叠谱线和影响元素Table 4. Overlapping spectral lines and influencing elements of rare earth elements待测元素 重叠谱线 校正基体元素 Y Rb Kβ1 Al，Si，Ba，Sr，Ni，Cr，Fe，Ca La Cs Lβ1 Si，Fe，Nd Nd Ce Lβ1 La，Sm，Al Ce Ba Lβ2 - Sm Ce Lβ2 - Tb Sm Lβ1 La，Ce Ho Gd Lβ1 Er，Yb Er Tb Lβ1，Co Kα La，Ce，Fe Yb Ni Kα Y Lu Dy Lβ2，Ni Kβ1 La Pr La Lβ1 La，Ce Eu - La，Ce Gd Ce Lγ1 La，Nd，Dy P Y Lβ1 - 2.2 方法检出限
按照检出限的公式计算出各元素的检出限：
$ \text{LOD}=\frac{3\sqrt{2}}{m}\sqrt{\frac{{{I}_{\text{b}}}}{t}} $
式中：m为计数率；Ib为背景计数率；t为峰值及背景的测量时间。
采用较低的标准物质重复测定12次计算的检出限结果见表 5。因本方法考虑测定的是稀土矿化类样品中的主量元素，而稀土元素检出限均在60 μg/g以下，因此对于高含量稀土元素能够满足定量分析要求。
表 5 分析元素的检出限Table 5. Detection limits of elements元素 方法检出限
(μg/g)Na2O 56.44 MgO 44.34 Al2O3 15.82 SiO2 96.03 P2O5 18.59 K2O 25.36 CaO 30.37 TiO2 20.04 MnO 8.32 Fe2O3 6.69 Y2O3 4.52 La2O3 42.6 Nd2O3 52.85 Sm2O3 42.74 CeO2 38.11 Tb4O7 44.83 Dy2O3 39.23 Ho2O3 8.86 Er2O3 27.19 Yb2O3 30.10 Lu2O3 13.41 Pr6O11 58.19 Eu2O3 6.14 Gd2O3 29.25 2.3 方法精密度和准确度
按照所建立的方法对国家标准物质GBW07188和人工标准样品HC-XT-8分别重复制作13个样片，以表 1所选测量条件测定，计算的相对标准偏差(RSD)和相对误差等测量结果列于表 6，其中绝大多数主量元素的RSD均小于1.5%，稀土元素的RSD在7%以下，个别含量较低元素的精密度较差，例如HC-XT-8号样品的CaO标准值为0.026%，测定平均值为0.021%，RSD为16.3%。而对于其他高含量CaO样品能够实现准确定量，例如GBW07188的CaO标准值为0.29，测定平均值同样为0.29，RSD为1.4%。对于Tb4O7、Lu2O3、Pr6O11等存在相同情况。表 6中的低含量结果仅作为参考数据，在此不作讨论。
表 6 方法准确度和精密度Table 6. Accuracy and precision tests of the method元素 GBW07188 HC-XT-8 测定平均值
(%)标准值
(%)相对误差
(%)RSD
(%)测定平均值
(%)标准值
(%)相对误差
(%)RSD
(%)Na2O 0.62 0.66 5.30 2.35 0.121 0.156 3.54 5.45 MgO 0.13 0.11 11.82 4.07 0.074 0.076 25.0 4.37 Al2O3 13.8 14.26 2.52 0.27 14.51 14.47 2.14 0.213 SiO2 66.8 66.9 0.01 0.19 73.5 73.4 0.15 0.17 K2O 5.56 5.52 1.09 0.32 4.861 4.9 0.86 0.27 CaO 0.29 0.29 0.69 1.40 0.021 0.026 2.80 16.3 TiO2 0.18 0.17 4.12 1.09 0.034 0.022 3.59 7.07 MnO 0.05 0.052 7.69 1.40 0.017 0.017 7.84 2.89 Fe2O3 2.28 2.24 2.05 0.30 1.13 1.13 1.90 0.14 Y2O3 2.14 2.16 0.93 0.71 0.054 0.056 1.78 0.98 La2O3 0.21 0.23 7.83 1.64 0.768 0.771 8.85 0.49 Nd2O3 0.41 0.4 2.50 0.88 0.003 0.003 5.57 69.5 Sm2O3* 2006 2000 0.05 2.92 30 15.5 3.40 34.7 CeO2 0.0619 0.053 26.42 5.39 0.728 0.771 2.26 2.30 Tb4O7* 652 550 16.55 6.94 7.93 8.07 24.17 46.2 Dy2O3* 3645 3700 2.38 0.69 未检出 55.4 6.64 - Ho2O3* 655 640 5.16 2.05 10.8 11.8 7.30 26.9 Er2O3* 1989 2000 1.95 1.94 25.45 35.8 13.71 38.8 Lu2O3* 306 300 5.60 4.13 2.57 5.4 1.02 48.1 Pr6O11* 863 890 8.58 5.40 99.5 6.2 18.49 55.2 Yb2O3* 2063 2100 2.72 0.79 13.55 36 8.95 33.0 Gd2O3* 2536 2500 0.80 1.16 111.9 31.9 7.47 13.4 加和 99.8 - - 0.12 99.6 - - 0.14 注：标记“*”的元素含量单位为μg/g。 2.4 全分析加和结果
以本文所建立的方法测量6个国家一级稀土标准物质、8个人工标准样品及8个未知的稀土样品，分析结果列于表 7，样品中主量元素、稀土元素和烧失量的加和结果均在99.41%~100.63%之间，所建分析方法能够满足全分析加和的要求，符合DZ/T0130—2006《地质矿产实验室测试质量管理规范》规定的一级标准。
表 7 全分析加和结果Table 7. Analytical results of sam additivity标准物质和样品编号 烧失量 主量元素和稀土元素测定值(%) 加和
(%)GBW07187 5.42 94.51 99.93 GBW07188 5.53 94.36 99.89 GBW07158 6.73 93.00 99.73 GBW07159 3.70 96.39 100.09 GBW07160 3.77 96.08 99.85 GBW07161 6.80 92.61 99.41 HC-XT-1 3.19 96.58 99.77 HC-XT-2 3.36 96.18 99.55 HC-XT-3 5.00 94.90 99.90 HC-XT-4 6.42 93.21 99.63 HC-XT-5 5.35 94.52 99.87 HC-XT-6 5.43 94.70 100.13 HC-XT-7 6.59 93.00 99.59 HC-XT-8 3.64 95.93 99.57 GX-TC-F2 7.48 93.15 100.63 GX-TC-F4 5.38 94.76 100.14 GX-DB-F1 5.85 94.27 100.12 GX-DB-F2 6.02 94.59 100.61 GX-DB-F3 3.55 96.55 100.10 GX-DB-F4 3.57 96.29 99.86 GX-DB-F5 3.65 96.53 100.18 XF-WX-F3 7.13 93.28 100.41 3. 结论
通过配制人工标准样品，解决了现有国家标准物质不能满足稀土矿样品等复杂类型样品中主量元素和稀土元素的定量问题。通过加入高纯氧化镧、氧化铈和氧化钇与碳酸盐标准样品混合，配制人工标准样品扩大了La、Ce和Y的定量范围。对稀土标准物质、人工标准样品和未知稀土样品进行反测，测定结果未采用归一化处理，元素的精密度和全分析加和结果都比较理想。本方法有效地扩大了XRF方法的适用范围。
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图 1 不同铁含量下，铬含量与铬的荧光强度变化关系
Figure 1. Relationship between Cr concentration and its fluorescence intensity in diatomite samples with different iron content
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图 2 (a) 铬元素的特征X射线荧光强度与铁含量的关系；(b)拟合曲线斜率与铬元素含量的关系
Figure 2. (a) Relationship between characteristic X-ray fluorescence intensity of chromium and iron content; (b) Relationship between slope of fitting curve and chromium content
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图 3 铬元素的线性回归分析结果
Figure 3. Linear relationship between intensity and concentration for Cr
表 1 p-XRF仪器工作条件
Table 1 Working parameters of the p-XRF instrument
元素 分析线 准直器(μm) 探测器 电压(kV) 电流(mA) 采样间隔(keV) Cr Kα 150 SDD 45 0.2 0.02 Fe Kα 150 SDD 45 0.2 0.02 注：采样间隔即分辨率，表示每0.02keV能量记录一次荧光强度。 
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表 2 ICP-OES仪器工作条件
Table 2 Working parameters of the ICP-OES instrument
工作参数 设定条件 射频功率 1150W 冷却气(Ar)流量 12.0L/min 辅助气(Ar)流量 0.5L/min 雾化气(Ar)流量 0.70L/min 样品泵冲洗泵速 100r/min 分析泵速 50r/min 泵稳定时间 5s 总采集时间 20s
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表 3 两种校正方法的准确度对比
Table 3 Comparison of accuracy of two correction methods
样品编号 Cr(mg/kg) 相对误差(%) Cr(mg/kg) 相对误差(%) ICP-OES法 p-XRF一维线性回归校正结果 ICP-OES法 p-XRF本法校正结果 硅藻土-1 1154.19 858.27 25.64 1154.19 1135.85 1.59 硅藻土-2 597.17 493.38 17.38 597.17 602.00 0.81 硅藻土-3 1424.00 1407.47 1.16 1424.00 1446.26 1.56 硅藻土-4 890.00 991.73 11.43 890.00 897.22 0.81 硅藻土-5 301.28 464.25 54.09 301.28 277.72 7.82 平均预测相对误差(%) 21.94 平均预测相对误差(%) 2.52 样品编号 Cr(mg/kg) 相对误差(%) Cr(mg/kg) 相对误差(%) ICP-OES法 p-XRF一维线性回归校正结果 ICP-OES法 p-XRF本法校正结果 潮土 37.56 -29.22 177.80 37.56 38.61 2.80 黑土 352.86 270.48 23.35 352.86 375.43 6.39 砖红壤 719.81 931.76 29.45 719.81 752.27 4.51 黄棕壤 1238.13 1102.35 10.97 1238.13 1341.72 8.37 水稻土 1517.97 1312.55 13.53 1517.97 1578.04 3.96 平均预测相对误差(%) 51.02 平均预测相对误差(%) 5.21
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王晶晶, 范纯.X射线荧光光谱法测定锌铁合金镀层铁含量的影响因素探讨[J].冶金分析, 2019, 39(10):49-54. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201910009 Wang J J, Fan C.Discussion on influencing factors during the determination of iron content in galvanized coating of zinc-iron alloy by X-ray fluorescence spectrometry[J]. Metallurgical Analysis, 2019, 39(10):49-54. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201910009
Byers H L, Mchenry L J, Grundl T J.XRF techniques to quantify heavy metals in vegetables at low detection limits[J]. Food Chemistry:X, 2019, 1:100001.
Sugiyama T, Uo M, Wada T, et al.Detection of trace metallic elements in oral lichenoid contact lesions using SR-XRF, PIXE, and XAFS[J]. Scientific Reports, 2015, 5:10672.
Moreno-Suarez A I, Ager F J, Rodriquez-Segovia C, et al.Feasibility of different cleaning methods for silver-copper alloys by X-ray fluorescence:Application to ancient Greek silver coins[J]. Spectrochimica Acta Part B:Atomic Spectroscopy, 2016, 116:85-91.
Guerra M B B, de Almeida E, Carvalho G G A, et al.Comparison of analytical performance of benchtop and handheld energy dispersive X-ray fluorescence systems for the direct analysis of plant materials[J]. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2014, 29(9):1667-1674. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=f2fcea79d3470eeef0012dd11864f3bc
徐聪, 赵婷, 池海涛, 等.微波消解-ICP-MS法测定土壤及耕作物小麦中的8种重金属元素[J].中国测试, 2019, 45(5):85-92. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgcsjs201905014 Xu C, Zhao T, Chi H T, et al.Determination of eight kinds of heavy metals elements in cultivated soil and the wheat by microwave digestion-ICP-MS method[J]. China Measurement and Test, 2019, 45(5):85-92. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgcsjs201905014
周宝宣, 袁琦.土壤重金属检测技术研究现状及发展趋势[J].应用化工, 2015, 44(1):131-138. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sxhg201501036 Zhou B X, Yuan Q.Current situation and development trend of soil heavy metals detection[J]. Applied Chemical Industry, 2015, 44(1):131-138. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sxhg201501036
朱锋, 胡星云, 郭照冰, 等.快速消解测定土壤中金属元素[J].分析试验室, 2019, 38(8):906-911. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qgsj201719056 Zhu F, Hu X Y, Guo Z B, et al.Determination of heavy metals in soil by rapid digestion[J]. Chinese Journal of Analysis Laboratory, 2019, 38(8):906-911. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qgsj201719056
田志仁, 封雪, 姜晓旭, 等.生态环境监测工作中应用AAS/AFS和XRF法测定土壤重金属数据质量评价[J].岩矿测试, 2019, 38(5):479-488. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201811080119 Tian Z R, Feng X, Jiang X X, et al.Evaluation of data quality on the detection of heavy metals in soils by atomic absorption spectrometry or atomic fluorescence spectrometry and X-ray fluorescence spectrometry in ecological environment monitoring[J]. Rock and Mineral Analysis, 2019, 38(5):479-488. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.201811080119
朱梦杰.便携式XRF测定仪在土壤检测中的应用及其影响因素[J].中国环境监测, 2019, 35(6):129-137. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zghjjc201906018 Zhu M J.Application of portable XRF analyzer in soil detection and its influencing factors[J]. Environmental Monitoring in China, 2019, 35(6):129-137. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zghjjc201906018
邝荣禧, 胡文友, 何跃, 等.便携式X射线荧光光谱法(PXRF)在矿区农田土壤重金属快速检测中的应用研究[J].土壤, 2015, 47(3):589-595. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=tr201503025 Kuang R X, Hu W Y, He Y, et al.Application of portable X-ray fluorescence (PXRF) for rapid analysis of heavy metals in agricultural soils around mining area[J]. Soils, 2015, 47(3):589-595. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=tr201503025
王世芳, 韩平, 王纪华, 等.X射线荧光光谱分析法在土壤重金属检测中的应用研究进展[J].食品安全质量检测学报, 2016, 7(11):4394-4400. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/spaqzljcjs201611024 Wang S F, Han P, Wang J H, et al.Application of X-ray fluorescence spectrometry on the detection of heavy metals in soil[J]. Journal of Food Safety and Quality, 2016, 7(11):4394-4400. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/spaqzljcjs201611024
徐英岚.基于CNKI的X射线荧光光谱研究文献计量学分析[J].冶金分析, 2019, 39(10):1-7. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201910001 Xu Y L.Bibliometric analysis on research trend of X-ray fluorescence spectrometry based on CNKI[J]. Metallurgical Analysis, 2019, 39(10):1-7. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201910001
于兆水, 张勤, 李小莉, 等.高压粉末制样波长色散X射线荧光光谱法测定生物样品中23种元素[J].岩矿测试, 2014, 33(6):844-848. http://www.ykcs.ac.cn/article/id/a3e0ee94-c290-48ad-ae4e-1f3b21dfcb30 Yu Z S, Zhang Q, Li X L, et al.Determination of 23 elements in biological samples by wavelength dispersion X-ray fluorescence spectrometry with high pressure powder pelleting preparation[J]. Rock and Mineral Analysis, 2014, 33(6):844-848. http://www.ykcs.ac.cn/article/id/a3e0ee94-c290-48ad-ae4e-1f3b21dfcb30
李可及.熔融制样X射线荧光光谱法测定岩盐中的主量成分[J].岩矿测试, 2016, 35(3):290-294. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2016.03.012 Li K J.Determination of major components in rock salt by X-ray fluorescence spectrometry with sample fusion[J]. Rock and Mineral Analysis, 2016, 35(3):290-294. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2016.03.012
李强, 张学华.粉末压片-X射线荧光光谱法快速分析多金属结核和富钴结壳中22种组分[J].冶金分析, 2014, 34(1):28-33. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201401005 Li Q, Zhang X H.Rapid determination of twenty-two components in polymetallic nodule and cobalt-rich crusts by X-ray fluorescence spectrometry with pressed powder pellet[J]. Metallurgical Analysis, 2014, 34(1):28-33. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201401005
杨桂兰, 倪晓芳, 张长波.基于便携式X射线荧光光谱法的土壤重金属快速检测[J].浙江农业学报, 2019, 31(11):1903-1908. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zjnyxb201911017 Yang G L, Ni X F, Zhang C B.Rapid determination of heavy metals in soils based on portable X-ray fluorescence spectroscopy[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2019, 31(11):1903-1908. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zjnyxb201911017
吉昂.X射线荧光光谱三十年[J].岩矿测试, 2012, 31(3):383-398. http://www.ykcs.ac.cn/article/id/ykcs_20120302 Ji A.Development of X-ray fluorescence spectrometry in the 30 years[J]. Rock and Mineral Analysis, 2012, 31(3):383-398. http://www.ykcs.ac.cn/article/id/ykcs_20120302
杨桂兰, 商照聪, 李良君, 等.便携式X射线荧光光谱法在土壤重金属快速检测中的应用[J].应用化工, 2016, 45(8):1586-1591. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sxhg201608049 Yang G L, Shang Z C, Li L J, et al.Application of portable-XRF spectrometry for rapid determination of common heavy metals in soil[J]. Applied Chemical Industry, 2016, 45(8):1586-1591. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/sxhg201608049
殷惠民, 杜祯宇, 李玉武, 等.能量色散X射线荧光光谱仪和简化的基体效应校正模型测定土壤、沉积物中重金属元素[J].冶金分析, 2018, 38(4):1-10. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201804001 Yin H M, Du Z Y, Li Y W, et al.Determination of heavy metal elements in soil and sediment by energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer with simplified matrix effect correction model[J]. Metallurgical Analysis, 2018, 38(4):1-10. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201804001
倪子月, 陈吉文, 刘明博, 等.能量色散X射线荧光光谱法测定土壤中铬和锰的干扰校正[J].冶金分析, 2016, 36(10):10-14. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201610003 Ni Z Y, Chen J W, Liu M B, et al.Interference correction of energy dispersive X-ray fluorescence spectrometric determination of chromium and manganese in soil[J]. Metallurgical Analysis, 2016, 36(10):10-14. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201610003
杨桂兰, 商照聪, 李良君, 等.基于均匀设计的土壤重金属PXRF检测方法优化研究[J].浙江农业学报, 2016, 28(12):2123-2129. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zjnyxb201612023 Yang G L, Shang Z C, Li L J, et al.Application of uniform design method in optimizing PXRF determination methods of heavy metals in soil[J]. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2016, 28(12):2123-2129. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zjnyxb201612023
冉景, 王德建, 王灿, 等.便携式X射线荧光光谱法与原子吸收/原子荧光法测定土壤重金属的对比研究[J].光谱学与光谱分析, 2014, 34(11):3113-3118. Ran J, Wang D J, Wang C, et al.Comparison of soil heavy metals determined by AAS/AFS and portable X-ray fluorescence analysis[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2014, 34(11):3113-3118.
Ribeiro B T, Silva S H G, Silva E A, et al.Portable X-ray fluorescence(pXRF) applications in tropical Soil Science[J]. Ciência E Agrotecnologia, 2017, 41(3):245-254. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=708d0acdad7992fbfcdd033d20bc5f07
李哲, 庹先国, 穆克亮, 等.矿样中钛铁EDXRF分析的基体效应和神经网络校正研究[J].核技术, 2009, 32(1):35-40. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjs200901009 Li Z, Yu X G, Mu K L, et al.Matrix effect and ANN correcting technique in EDXRF analysis of Ti and Fe in core samples[J]. Nuclear Techniques, 2009, 32(1):35-40. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hjs200901009
齐海君, 王建英, 张雪峰, 等.白云鄂博矿中铈铁钙EDXRF分析的基体效应研究[J].光谱学与光谱分析, 2015, 35(12):3510-3513. Qi H J, Wang J Y, Zhang X F, et al.Matrix effect of Fe and Ca on EDXRF analysis of Ce concentration in bayan obo ores[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2015, 35(12):3510-3513.
董天宇, 王海江, Yunger A J, 等.便携式X射线荧光光谱仪实验室异位检测法的实用性研究[J].土壤, 2017, 49(4):853-857. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tr201704030 Dong T Y, Wang H J, Yunger A J, et al.Practicality validation of portable X-ray fluorescence for ex-situ measuring soil heavy metals in laboratory[J]. Soils, 2017, 49(4):853-857. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/tr201704030
李自强, 李小英, 钟琦, 等.电感耦合等离子体质谱法测定土壤重金属普查样品中铬铜镉铅的关键环节研究[J].岩矿测试, 2016, 35(1):37-41. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2016.01.007 Li Z Q, Li X Y, Zhong Q, et al.Determination of Cr, Cu, Cd and Pb in soil samples by inductively coupled plasma-mass spectrometry for an investigation of heavy metal pollution[J]. Rock and Mineral Analysis, 2016, 35(1):37-41. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2016.01.007
邓述培, 范鹏飞, 唐玉霜, 等.X射线荧光光谱(XRF)法测定土壤污染样品中9种重金属元素[J].中国无机分析化学, 2019, 9(4):12-15. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgwjfxhxwz201904003 Deng S P, Fan P F, Tang Y S, et al.Determination of 9 kinds of soil pollution of heavy metals elements in samples by X-ray fluorescence spectrometry[J]. Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry, 2019, 9(4):12-15. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/zgwjfxhxwz201904003
张环月, 季守华, 李春艳. X射线荧光光谱法测定铬、钒、钛共存的钛合金中12种元素[J].冶金分析, 2014, 34(5):30-34. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201405006 Zhang H Y, Ji S H, Li C Y.Determination of twelve elements coexisting with chromium, vanadium and titanium in titanium alloys by X-ray fluorescence spectrometry[J]. Metallurgical Analysis, 2014, 34(5):30-34. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjfx201405006
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