基于x射线荧光技术的水质重金属在线分析仪及分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境监测技术领域，具体涉及一种基于X射线荧光技术的水质重金属在线分析仪及分析方法。
【背景技术】
[0002]随着我国工业化进程的加快，水污染问题特别是广阔流域的重金属污染已成为制约社会经济发展的主要环境问题，亟待从源头解决。并由此衍生的农作物重金属超标问题也为人类健康带来了极大的影响。因此，针对水质重金属在线分析仪及分析方法的开发具有重要的意义。
[0003]目前市场上主流的水质重金属在线分析仪，主要是采用光度法或者阳极溶出法。光度法技术相对成熟，稳定性好。但方法灵敏度不高，元素检测选择性不强，易受共存离子干扰，显色剂有时对很多金属离子都有响应，无法针对多种重金属同时进行检测，并且化学试剂可能产生二次污染，无法满足低浓度复杂水样的检测。阳极溶出法是基于电化学方法，检测机理复杂，方法敏感，重复性要比光度法差。灵敏度和选择性好，检测限可达yg/L，能够同时实现铅、镉、铜等多种重金属的检测。但仪器维护要求较高，尤其是电极打磨维护，维护人员需要经过专业培训和长时间的实践才能掌握。
[0004]此外，基于XRF技术实现水质中重金属检测技术的厂家目前主要有美国XOS公司，使用X射线单波长光谱技术，目前能够针对Pb和As进行在线监测，检测限为30yg/L。但是这种仪器需要使用昂贵的分光晶体实现X入射光线和荧光信号的分光，并且受限于分光晶体，并不是所有元素都能的检测。同时，仪器成本较高，光路相对复杂，环境适应性稍差。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于X射线焚光技术的水质重金属在线分析仪及分析方法，采用水样雾化结合X射线荧光无损检测技术，能够针对水质重金属进行在线分析，灵敏度、稳定性、重现性优秀。
[0006]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0007]本发明的水质重金属在线分析仪包括:水样雾化系统、样品富集系统、检测系统、滤带传动系统以及控制采集系统。水样雾化系统产生的雾化样品，通过硅胶管(或者金属管)传输到样品富集系统，完成样品富集后滤带传动系统将富集斑点传送至检测系统，上述各系统的控制以及数据的采集由控制采集系统通过内置的智能软件自动协调完成。水样雾化系统、样品富集系统、滤带传动系统以及检测系统通过数据线与控制采集系统连接。
[0008]本发明所述的水样雾化系统包括:采样蠕动栗1、样品池2、第一液位计3、第二液位计4、超声雾化器5、第一电磁阀6、第二电磁阀7、空气压缩机8、文丘里雾化器9、干燥器10;采样蠕动栗1、第一电磁阀6、样品池2通过软管连接。超声雾化器5通过固定螺丝固定在样品池2下部。第一液位计3与第二液位计4分别固定于样品池上部和下部，通过高度差可以确定采样液体的雾化体积。样品池2、第二电磁阀7、文丘里雾化器9、干燥器10之间均通过硅胶管(或者金属管)连接，硅胶管(或者金属管)进入样品池2的位置要低于第二液位计4，保证能够抽取水样雾化。空气压缩机8通过软管向文丘里雾化器9提供洁净空气用于水样的雾化。该系统主要实现水样的采集、定量雾化形成气溶胶颗粒，通过干燥后将水中的重金属盐类形成干燥的颗粒物。
[0009]本发明所述的样品富集系统包括:第三电磁阀11、采样管升降电机12、样品台13、颗粒物过滤器14、流量控制模块15、采样栗16。干燥器10、第三电磁阀11之间均为金属管连接，采样管下端在采样管升降电机12的动作下，采样管通过挤压滤带28能够与样品台13之间形成密闭的采样空间。样品台13、颗粒物过滤器14、流量控制模块15、采样栗16之间通过软管连接。富集系统通过将雾化系统产生的干燥的颗粒物抽取到滤带表面进行富集，实现水中重金属物质的富集。
[0010]所述的检测系统包括:X射线光管17、光管高压电源18和X射线荧光检测器19。X射线光管17与光管高压电源18通过高压电线连接。光管高压电源18以及X射线荧光检测器19，通过数据线与工控电脑31连接，由智能软件控制。检测系统位于样品台13的右侦牝滤带28的上方，通过X射线荧光技术，实现对不同重金属的检测。
[0011]所述滤带传动系统包括:喂带轮20、收带轮21、平整轮22-25、压带轮26、传动轴
27、滤带28。喂带轮20、第一平整轮22和第三平整轮24、压带轮26、传动抽27位于样品台13左侧，喂带轮20能够不断放出滤带，再通过各部分的协调转动将滤带28传送入样品富集系统。第四平整轮25和第二平整轮23、收带轮21位于样品台13右侧。收带轮21通过转动能够不断的收起经过检测的滤带。滤带28两端缠绕于喂带轮20和收带轮21上，二者的协同的运动，能够实现滤带28的连续收放。通过压带轮26以及传动轴27之间的摩擦力实现滤带样品在富集系统以及检测系统之间的传动。喂带轮20、收带轮21随着滤带的传动进行相应的收放滤带，平整轮22-25保证滤带28在整个传动过程的平整。
[0012]本发明所述的控制采集系统包括:水样雾化控制电路板29，富集传动控制电路板30，工控电脑31以及智能软件。水样雾化控制电路板29，富集传动电路板30通过数据线与工控电脑31连接，智能软件安装于工控电脑31中。
[0013]X射线光管17的使用功率为10-100W ;X射线荧光检测器19为SDD型。
[0014]该分析仪的针对大多数重金属元素的检测限能够达到I μ g/Lo
[0015]—种采用所述的基于X射线荧光技术的水质重金属在线分析方法包括以下步骤:
[0016]I)水样采集、雾化和样品富集:首先第一电磁阀6、第二电磁阀7均处于打开状态，采样蠕动栗I将水样通过采样管打入样品池2中，直到样品池2中的液面被第一液位计3探测到后，关闭采样蠕动栗I停止采样，再关闭第一电磁阀6，确保每次采样量的一致性。然后启动超声雾化器5启动开始初级雾化，随后空气压缩机8启动带动文丘里雾化器9进一步雾化。雾化后的气流通过干燥器10，将产生气溶胶颗粒中的水去除，形成干燥的颗粒物，重金属物质会留存于颗粒相中。文丘里雾化器9开启时，同步开启第三电磁阀11，采样管升降电机12下降，与样品台13之间将滤带28夹紧，形成密闭空间。开启采样栗16，同步进行干燥颗粒物的样品富集。流量控制器15控制气路抽气速度，保证采样的稳定性。颗粒物过滤器14用于保护流量控制器，防止堵塞。随着雾化的进行，当样品池2中的液面下降到第二液位计4处时，超声雾化器5，空气压缩机8、第二电磁阀7先关闭。延时一定时间后(一般设定为20s)，第三电磁阀11，采样栗16依次关闭。采样管升降电机12上升。完成样品的采集、雾化和富集过程。
[0017]2)水样排出:水样雾化和富集完成后，将第一电磁阀6和第二电磁阀7开启，采样蠕动栗I将样品池2中的所有液体排出，完成本次采样，并排空管路，准备下次水样的采集。
[0018]3)样品检测:完成富集的滤带，通过传动装置运行到检测位置，工控电脑31自动控制开启光管高压电源18，X射线光管17和X射线荧光检测器19。工控电脑31软件完成谱图的采集和处理，根据内置的工作曲线，结合采集的数据最终计算可得到水样中对应重金属的浓度。
[0019]在上述步骤中X射线光管17、X射线荧光检测器19检测时间均通过工控电脑31中的软件系统进行配置。采用无损检测，保存在滤带上的样品，可以留存用于实验室进一步检测。
[0020]本发明的有益效果在于:
[0021]1、本发明是基于X射线荧光技术水质重金属在线分析仪，不同重金属元素的特征光谱不用，因此该方法能够实现水质多种重金属元素的同检测。无需任何化学试剂，减少了维护成本，同