生態(tài)環(huán)境中重金屬元素EDXRF檢測精度的影響因素研究.pdf

1、能量色散X射線熒光（EDXRF）光譜分析技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于金屬冶煉、地質(zhì)勘探、工礦開采、石油化工、生物醫(yī)療、刑偵調(diào)查、考古鑒定、污染監(jiān)測等多種行業(yè)中，特別是其具有實(shí)時檢測和全譜分析的特點(diǎn)，并能夠同時獲取多種數(shù)據(jù)，這是目前為止其他分析手段所不能實(shí)現(xiàn)的。由于 EDXRF光譜儀不需要使用分光晶體和角度測量系統(tǒng)，探測器與樣品之間無需復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使得探測器接收熒光輻射的立體夾角變大，接收效率得到提高，因此，即使EDXRF檢測系統(tǒng)用低能X射線管作為激

2、發(fā)源，仍能獲得滿足探測器需要的計數(shù)率，同時，EDXRF系統(tǒng)不再需要大功率穩(wěn)壓電源和繁重的冷卻系統(tǒng)，使得系統(tǒng)體積能夠更小。隨著計算機(jī)行業(yè)不斷發(fā)展和半導(dǎo)體器件水平的不斷進(jìn)步，能量色散X射線熒光光譜分析技術(shù)在現(xiàn)場環(huán)境檢測分析中將發(fā)揮更加重要的作用。
　　隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，生態(tài)環(huán)境污染程度日益加重，也逐漸的危及到人類的健康，特別是重金屬污染危害，讓很多污染重災(zāi)區(qū)付出了慘痛代價：陜西鳳翔等地爆發(fā)的“血鉛”兒童事件，廣東北江“紅水河

3、”事件等都說明了重金屬對生態(tài)環(huán)境污染的高危害性。重金屬元素主要通過工業(yè)“三廢”進(jìn)入生態(tài)環(huán)境中，由土壤，河流等環(huán)境載體進(jìn)入動植物體內(nèi)并不斷積累，最終危害人類健康，而且不可能從根本上杜絕重金屬污染，只能通過嚴(yán)格控制和有效治理，來減少和降低重金屬污染危害。目前，重金屬污染元素檢測的主要樣品載體為土壤，水體和植物，本文研究影響EDXRF系統(tǒng)檢測精度因素的目的就是要利用EDXRF法準(zhǔn)確檢測土壤和植物中的重金屬元素含量（水體樣品不在本文考慮范圍內(nèi)）

4、，為生態(tài)環(huán)境的污染監(jiān)測提供一種方便快捷，且行之有效的元素分析方法。
　　EDXRF光譜分析法檢測生態(tài)環(huán)境中重金屬元素時，其樣品中重金屬元素的低含量導(dǎo)致目標(biāo)元素X射線熒光產(chǎn)額較低，使得待測元素光譜信號很容易被系統(tǒng)的噪聲信號淹沒，為準(zhǔn)確檢測樣品中重金屬元素組份帶來困難。EDXRF光譜分析系統(tǒng)中影響檢測精度的因素有很多，產(chǎn)生的原因也各不相同，為此，本文將影響系統(tǒng)檢測精度的因素分為X射線輸運(yùn)過程中雜散射線對X射線影響，硬件電路固有特性引起

5、的計數(shù)丟失對X射線熒光計數(shù)結(jié)果影響和能譜處理過程中因算法差異引起的解譜誤差對檢測結(jié)果的影響三類，分別通過模擬仿真，電路設(shè)計和優(yōu)化算法的方式，解決上述因素對系統(tǒng)帶來的不利影響，提高EDXRF對生態(tài)環(huán)境中重金屬元素的檢測精度。本文的主要研究工作如下：
　　1、X射線輸運(yùn)過程中產(chǎn)生的雜散射線對系統(tǒng)檢測精度的影響，本文以X射線與物質(zhì)作用原理為基礎(chǔ)建立的蒙特卡羅數(shù)學(xué)模型，模擬X射線在輸運(yùn)過程中與濾光片、準(zhǔn)直器和樣品作用，得到雜散射線隨著三者

6、（濾光片、準(zhǔn)直器和樣品）結(jié)構(gòu)參數(shù)改變對入射和出射X射線強(qiáng)度的影響趨勢，以此優(yōu)化EDXRF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少X射線在傳輸過程的損失，提高系統(tǒng)檢測精度。
　　2、系統(tǒng)硬件電路固有特性引起的脈沖計數(shù)丟失造成系統(tǒng)檢測精度降低，本文分析EDXRF系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路工作原理，針對因A/D轉(zhuǎn)換死時間存在造成的脈沖信號丟失問題，改進(jìn)脈沖幅度分析電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用模擬存儲器緩存信號，實(shí)現(xiàn)對 A/D轉(zhuǎn)化死時間抑制，提高系統(tǒng)對脈沖信號的捕捉能力，從而提高

7、系統(tǒng)對低熒光產(chǎn)額的重金屬元素含量檢測精度。
　　3、研究和改進(jìn)譜線處理算法，包括譜線平滑算法、尋峰算法、背景扣除算法和定量分析算法，抑制或消除因X射線熒光光譜中連續(xù)的背景譜、特征X射線譜、逃逸峰、和峰和相鄰譜線疊加產(chǎn)生的重峰等因素引起的譜線噪聲干擾，針對生態(tài)環(huán)境中重金屬元素譜線計數(shù)率低問題，增強(qiáng)系統(tǒng)解譜能力，提高EDXRF法檢測微量重金屬元素的精度。
　　4、系統(tǒng)對生態(tài)環(huán)境中土壤和植物的重金屬元素含量檢測，是分別以研究茶葉和