用于全反射X光荧光光谱仪测量滤膜载颗粒的压环装置的制作方法

本实用新型涉及化学分析和环境监测领域，具体涉及一种使大气滤膜保持平整以便用全反射X光荧光光谱仪(TXRF)直接测量滤膜载大气颗粒元素成分的压环装置。

背景技术：

目前我国有30％的环保重点城市和17％的地级市的空气质量达不到国家二级标准。以PM2.5为代表的大气颗粒物已经成为威胁中国人生命健康的最大因素之一。除了需要测量大气中颗粒物的含量，还需要快速地分析空气滤膜载大气颗粒物的元素成分，以便判断大气颗粒的潜在毒性,并为确定污染源提供线索。

目前测量大气颗粒物的元素成分主要有三种手段，电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS)，X光荧光光谱(XRF)和全反射X光荧光光谱(TXRF)。ICP-MS测量精度较高，但需要首先将大气颗粒物定量溶解,再将溶解液转换成等离子体；尽管X光荧光光谱(XRF)可以直接测量空气滤膜载大气颗粒物，但该方法因为入射X光的角度较大，噪音信号较强，因此该方法的灵敏度较低，不能很好地满足大气污染监测的需求。全反射X光荧光光谱的入射角很小，约0.1度左右，X 光几乎全部反射，因此噪音本底下降约3个数量级，可分析大气颗粒物中10种到20种元素的含量，最低绝对检出限在<ng级(原子序数大于K的元素)。在分析滤膜载大气颗粒物时，现有的TXRF测量方法对样品的平整度要求很高，否则难以实现X光的全反射。因此，TXRF需要转膜，即，将大气颗粒物从空气滤膜上剥离下来，化学溶解，滴在石英样品盘上。转膜的过程费时费力，成本高，还会因为溶解效率和杂质等因素引入误差。一些大气污染监测分析工作有迫切的时限性，因此现有的TXRF技术不常用于大气颗粒物的分析。使用ICP-MS 和现有的TXRF方法对滤膜载大气颗粒物的分析属于破坏性的分析方法，不能将样品保存。

目前国内大气环境监测系统统一使用的是国家标准聚四氟乙烯(PTFE)空气滤膜(直径47mm)。该滤膜比较柔软，放置在样品台架上时容易卷曲变形，不平整，无法进行TXRF分析。

有鉴于此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型的目的是，针对现有TXRF分析滤膜载大气颗粒物样品制备中存在的缺陷提供一种用于全反射X光荧光光谱仪直接测量滤膜载大气颗粒的压环装置，可以使得载有大气颗粒物的空气滤膜样品能被稳定地平整地固定在样品盘上，以便实现X光的全反射，从而大大加快样品分析操作速度,并且降低成本，使TXRF快速分析技术能用于日常的大气颗粒物的分析监测并保留样品。

本实用新型的技术方案如下：

一种用于全反射X光荧光光谱仪测量滤膜载颗粒的压环装置，包括压环部件、样品盘和样品架；所述样品盘表面高于所述样品架；所述压环部件与所述样品架配合以使待测量滤膜绷紧在所述样品盘表面。

进一步地，上述的用于全反射X光荧光光谱仪测量滤膜载颗粒的压环装置，所述压环部件为钢制压环，所述样品架上设置有能够吸引所述钢制压环以使其将待测量滤膜压在所述样品架上的磁铁块，其磁性适中，足以将空气滤膜压平整，又能较容易地将压环部件移开。

进一步地，上述的用于全反射X光荧光光谱仪测量滤膜载颗粒的压环装置，所述磁铁块为多个，均匀设置于所述样品架上。

进一步地，上述的用于全反射X光荧光光谱仪测量滤膜载颗粒的压环装置，所述样品架上设置有凹孔；所述磁铁块固定于所述凹孔内。

进一步地，上述的用于全反射X光荧光光谱仪测量滤膜载颗粒的压环装置，所述磁铁块采用环氧树脂固定在样品架的相应位置。

进一步地，上述的用于全反射X光荧光光谱仪测量滤膜载颗粒的压环装置，作为另一种选择方案，所述压环部件的材料具有均匀的适当的磁性,其磁性适中，足以将空气滤膜压平整，有能较容易地将压环部件移开。所述样品架上至少部分为能够与所述压环部件相配合的铁磁性材质。

进一步地，上述的用于全反射X光荧光光谱仪测量滤膜载颗粒的压环装置，所述样品盘为石英盘，所述石英盘的上表面与所述样品架的标高差为 0.5-3mm。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型能够使滤膜表面紧贴在样品盘的表面，保持平整，以实现X 光的全反射，因而能够用TXRF技术直接快速分析滤膜载大气颗粒物的元素成分，分析时间约为10分钟，节省了大约两个小时的消解和转膜时间，大大提高了效率，减少了工作强度和分析成本，并且因为制样和分析是非破坏性的，可以使得珍贵的滤膜载大气颗粒物样品得以保存。

附图说明

图1为本实用新型一种用于全反射X光荧光光谱仪直接测量滤膜载大气颗粒的压环装置的结构示意图。

图2为采用本专利申请的技术方案支持的TXRF分析技术和采用目前精确度最高的ICP-MS分析技术对北京同一时间段采集的同一批样品用PTEE采样膜采集的大气颗粒物进行了检测和污染源分析对比的分析结果柱状图。

上述附图中，1、压环部件；2、样品盘；3、样品架；4、磁铁块；5、滤膜。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。

TXRF分析技术比XRF灵敏度高，但由于对样品表面平整度的严格要求，目前的TXRF技术不能直接测量滤膜载大气颗粒物。本实用新型的目的就是设计一种装置，可以使得载有大气颗粒物的空气滤膜样品能被稳定地平整地固定在样品盘上，以便实现X光的全反射，使TXRF快速分析技术能用于日常的滤膜载大气颗粒物的分析检测。另外一个目的是大气颗粒物样品十分珍贵，直接用TXRF技术分析滤膜载大气颗粒物，样品仅仅受到微弱的X光照射的影响，其成分和形貌没有受到破坏，可以保存并能继续进行其它成分和形貌的分析。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供了一种使大气滤膜保持平整以便用全反射 X光荧光光谱仪直接测量滤膜载大气颗粒的压环装置。包括压环部件1、样品盘2和样品架3；所述样品盘3表面高于所述样品架2；所述压环部件1被所述样品架3上的磁铁块吸引，以使待测量的滤膜5绷紧在所述样品盘2表面。所述压环部件1为钢制压环，所述样品架上设置有能够吸引所述钢制压环以使所述钢制压环将待测量滤膜压在所述样品架上的磁铁块4。所述磁铁块为多个，磁力适中，均匀设置于所述样品架3上。所述样品架3上设置有凹孔；所述磁铁块4固定于所述凹孔内，优选采用环氧树脂固定。

样品盘2优选为石英盘，所述石英盘的上表面与所述样品架3的标高差以能够使滤膜绷紧为宜，优选为0.5-3mm，以防滤膜过紧破裂。

本实施例通过在样品架上安装若干磁铁块，将载有大气颗粒物的空气滤膜置放于样品架石英样品盘正上方后，用镊子放上一个钢质压环，其内径比石英样品盘外径略大。空气滤膜会在钢质压环的作用下被固定住，在样品盘上绷紧，并保持平整。

经过滤膜载大气颗粒物的分析实验验证，此设计完全达到要求，即，能将滤膜载大气颗粒物直接进行TXRF分析。

如上所述,在现有技术中，使用TXRF技术分析大气颗粒物必须经过转膜操作，包括，超生波震荡从滤膜上剥落颗粒物，微波消解，滴管定量转移到石英样品盘，红外线烘干等工序，每个样品需要大约两个小时。而通过使用本专利申请的技术方案，既可使TXRF技术直接快速分析滤膜载大气颗粒物的元素成分，节省了颗粒物消解和转膜的时间，分析时间缩短为为10分钟，大大提高了效率，减少了工作强度和分析成本，并且使珍贵的滤膜载大气颗粒物样品得以保存。

在一些大气重度污染的情况，需要短时间内完成分析测量并给出大气颗粒物的成分。显然如果将大气颗粒物消解并转膜以后再进行TXRF分析，或溶解后进行ICP-MS分析是来不及的。使用磁力压环装置以后，滤膜的平整度达到了直接进行TXRF分析的要求，实现了大气颗粒物元素成分的快速分析。 ICP-MS设备的购买成本为300万人民币以上运行成本也较高，而本设备约为80万人民币，运行成本很低，所以说，本专利相关的滤膜压环技术支持的 TXRF大气颗粒物元素分析技术的成本比ICP-MS低很多。

表1和表2分别标出了经过第三方验证的，使用钨靶和钼靶TXRF分析技术对大气颗粒物常见的若干主要元素的检测下限。检测下限是根据空白本底值推算的。石英与有机膜的杂质含量不同，所以二者不具有直接可比性。但根据表中数据，二者均能够满足的检测下限的要求。将经过消解转膜到石英样品片的大气颗粒物的测量结果(本专利技术使用之前的方法)与使用本技术对滤膜载大气颗粒物直接测量的结果进行比较，证明了本专利技术实现了对滤膜载大气颗粒物直接用TXRF测量，没有对检测下限(MDL)产生明显的不利影响，能够达到现有技术的大气颗粒物源解析所需要的检测下限的要求。

表1

表2

实施例2

本实施例与实施例1基本构思一致，不同之处在于磁铁的设置位置，在本实施例中，压环部件由具有均匀磁性的材料制造，能够吸引所述样品架以使所述压环部件将待测量滤膜压在所述样品架上；所述样品架上至少部分为能够与所述压环部件的铁磁性物质配合的铁质材料。

实验例

采用本专利申请的技术方案支持的TXRF分析技术和采用目前精确度最高的ICP-MS分析技术对北京同一时间段采集的同一批样品用PTEE采样膜采集的大气颗粒物进行了检测和污染源分析对比，分析结果见图2，图中左侧柱为采用本实用新型的压环装置的TXRF进行检测的结果，右侧柱为监测中心采用ICP-MS分析技术的检测的结果。图2中数据表明用本专利技术支持的 TXRF分析方法所取得数据进行污染源项分析的结果，与采用精准的ICP-MS 分析方法所取得的结果几乎一致,而检测时间从ICP-MS分析前处理消解大气颗粒物所需的2个小时缩短为10分钟，大大提高了效率，加快了分析速度。

目前全国有1500个县级环境监测站，还有多所大学和研究机构都需要进行滤膜载大气颗粒物的分析，因此本专利实用新型的装置可以使得TXRF分析技术广泛的用于大气颗粒物监测分析工作中。另外本实用新型还可以用于拉曼光谱分析技术等直接对滤膜载颗粒物的分析。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。