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1、成 都 理 工 大 学 学 生 撰 文 专 用 纸成都市郊区土壤中重金属元素分析及环境评价摘要：选取成都郊区龙潭寺北湖周围一片区域，进行剖面土壤采样，利用X荧光分析仪，对土壤表层及深层中Fe，Zn，Cu，As，Pb，Cr 6种重金属元素进行含量测定，与热电厂周围土壤数据以及土壤背景值进行对比分析。分析得出该区已有部分污染，主要污染元素为Zn，Cu。污染最主要来源为农药，化肥的大量使用，汽车尾气以及城市燃煤，热电厂排放的烟尘等也对起其环境造成了一定的影响。这表明城市化进程已经开始影响到城市周边的环境，对城市郊区的污染防治不仅要从本地的实际情况出发，也要注意城市工业的影响。关键词：郊区 土壤 重金
2、属元素 环境评价Analyzing elements of heavy metals and valuating environment in the earth of Chengdus suburban areas(Geochemistry 200206030102 JIANGHONG teacher:PENGXIUHONG)Abstract: Select a region around the Northlake at Longtanshi , a suburb in Chengdu, carry on the section plane soil sampling, measure t
3、he content of Fe, Zn, Cu, As, Pb, Cr, the six heavy metal elements in topsoil and deep soil, by using of X fluorescence analyzer, and then contrast with the data of the soil around the thermal power plant and soil background value . The result shows that parts of this area have been polluted, and Zn
4、, Cu is the main pollution. The main source of pollution is the agricultural chemicals, and massive using of the chemical fertilizer, the automobile exhaust and the city coal-burning, and mist ,the thermal power plant emissions, and so on all have certain influence on environment. The result also in
5、dicates urbanized advancement has already started to affect peripheral environment of the city, and not only to made allowance for the local actual situation, but also pay attention to the influence of. the industry city in pollution preventing and controlling of city suburbs.Key word: Suburb soil h
6、eavy metal element environment assessment目录 摘要：1Abstract:2前言50.1选题依据及研究意义50.2国内外研究现状及进展90.3研究思路、方法、内容111.研究区基本概况111.1地理概况111.2资源及工业分布现状121.3区域地质121.3.1大地构造位置121.3.2地层131.3.3构造142.样品的采集与分析142.1样品采集142.1.1.采样方法142.1.2.采样位置142.1.3.采样重量152.2样品的处理152.2.1样品的处理:152.2.2.样品的实验室室内的制备。162.3.样品的分析测试162.3.1 X荧光分
7、析原理162.3.2 X射线荧光定量分析的理论公式182.3.3 仪器的标定192.3.4 标准样的测量202.3.5 本底的测量212.3.6 样品的测量212.3.7 样品测量数据的处理213.数据分析22结论31致谢32参考文献33前言 0.1选题依据及研究意义随着工业技术的发展和人口增长，世界范围内的城市化进程逐步加快，地球科学（尤其是地球化学）越来越多地面向城市。进入二十世纪七十年代以来，随着世界性环境危机的加剧，城市发展进程受到了空前的挑战。 二十世纪八十年代初期，英国的Thornton提出了城市地球化学的概念，并用环境地球化学来研究城市污染。在城市地球化学概念出现之后短短的10余
8、年时间内，城市地球化学已成为环境地球化学研究的重要领域。城市地球化学研究成果不断涌现，并发展成为环境地球化学与城市环境研究的重要方向。城市环境受到人类活动的广泛影响，自然及人类活动引起的城市地球化学问题日益受到人们的重视。城市环境地球化学是应用地球化学的原理和方法研究城市生态环境的地球化学问题，主要研究城市环境中污染物的来源，城市土壤、沉积物、尘埃、地表水、地下水、生物、空气等介质中化学元素及同位素的分布、演化、迁移、环境作用及健康效应，城市环境污染与地质地球化学背景的关系，重点解决城市地球化学环境质量变化的原理及由此产生的生态环境效应及人体健康效应。土壤是一种宝贵的自然资源，是环境的重要组成
9、部分，也是地球陆地表面具有肥力、能生长作物的疏松炭层。主要由岩石风化而成的矿物质、动植物残体腐解质的有机质以及水分、氢气等组成；在环境系统中，土壤和水、空气、岩石和生物之间，以及土壤了系统内部，都不断地进行着物质与能量的交换。可以说。土壤是万物生长和立足的重要基础，也是人类生存、发展、工作和生活的重要场所。片区域栖息和生长的动植物物种类型和土壤性质往往有密切联系，而土壤的侵蚀是历史上人类活动和自然过程-包括农业施用的化肥及农药等累积效应产生的后果，土地开发以及资源开采和废物处置等项目对土壤和地下水会造成不同形式的影响。主要的有土壤的侵蚀和污染。所以，要提高土壤环境质量和使用价值。保护环境和土壤
10、资源，必须系统全面地进行土壤环境质量的现状评价和影响评价，为制定环境管理政策和综合防治污染提供科学决策相依据。土壤是地球上大多数动物、植物生长、发育的基础，也为人类的发展提供了必要的条件。土壤不仅是人类食物的主要来源，人类还利用土壤的净化作用，处理及处置了各种废弃物。人类活动产生的污染物，通过不同的途径输入土壤环境中，其数量和速度超过了土壤的净化能力，从而使土壤污染物的累积过程逐渐占据优势，土壤的生态平衡受破坏，正常功能失调，导致土壤环境质量下降，影响作物的正常生长发育作物产品的产量和质量随之下降，并产生一定的环境效应(水体或大气发生次生污染)，最终将危及人体健康、人类生存和发展。土壤污染的主
11、要来源是工业和城市的废水及固体废物、农药和化肥的大量使用，生物残体、大气中二氧化硫等通过降水而降到地面的沉降物。由于土壤的辽阔，实际上其污染源是来自多方面的。土壤污染根据其污染源和污染途径，可分为如下5种类型：水质污染型 主要是工业废水、城市生活污水和受污染的地表水，经由污染而造成的土壤污染。此类污染约占土壤污染面积的80。其特点是污染物集中于土壤表层，但随着污染时间的延长，某些可渗性污染物可由表层逐渐渗透到地下潜水层。污染土壤一船沿河流、灌溉干、支渠呈树枝状或片状分布。大气污染型 主要是由大气污染物通过于、湿沉降过程污染土壤。污染面积和扩散距离取决于污染韧的性质、排放量和排放形式。大气型土壤
12、污染物主要集中于土壤表层。固体废物污染型 主要是指由工矿业废物、城市生活垃圾、污泥等引起的土壤污染。固体废物的堆积、掩埋、处理不仅直接占用大量耕地，而且通过大气扩散、沉降或水淋、地表径流等污染周围地区的土壤。农业污染型 主要是指因长期使用化肥、农药、垃圾堆肥、污泥而造成的土壤污染，污染物主要集中于土壤表层。综合污染型 指由多污染源和污染途径同时造成的土壤污染。如可能受大气、农药、水体、化肥等的综合影响。此外，还可按土壤污染物的属性分为化学污染型表0.1 土壤环境主要污染物质污 染 物 种 类 主 要 来 源 无 机 污 染 物 重 金 属 Hg Cd Cu Zn Pb Cr Ni (As) (
13、Se) 制烧碱、汞化物生产等工业废水和污泥、含汞农药、汞蒸气 冶炼、电镀、染料等工业废水、污泥和废气，肥料杂质 冶炼、铜制品生产等废水、废渣和污泥，含铜农药 冶炼、镀锌、纺织等工业废水和污泥、废渣、含锌农药、磷肥 颜料、冶炼等工业废水、汽油防爆燃烧排气、农药 冶炼、电镀、制革、印染等工业废水和污泥 冶炼、电镀、炼油、染料等工业废水和污泥 硫酸、化肥、农药、医药、玻璃等工业废水、废气、农药 电子、电器、油漆、墨水等工业的排放物 放射性物 质 137Cs 90Sr 原子能、核动力、同位素生产等工业废水、废渣、核爆炸 原子能、核动力、同位素生产等工业废水、废渣、核爆炸 其 他 F 盐、碱 酸 冶炼、
14、氟硅酸钠、磷酸和磷肥等工业废水、废气、肥料 纸浆、纤维、化学等工业废水 硫酸、石油化工、酸洗、电镀等工业废水、大气酸沉降 污 染 物 种 类 主 要 来 源 有 机 污 染 物 有机农药 酚 氰化物 苯并a芘 石油 有机洗涤剂 有害微生物 农药生产和使用 炼焦、炼油、合成苯酚、橡胶、化肥、农药等工业废水 电镀、冶金、印染等工业废水、废水、肥料 石油、炼焦等工业废水、废气 石油开采、炼油、输油管道漏油 城市污水、机械工业污水 厩肥、城市污水、污泥、垃圾 刘培桐主编，环境学概论，高等教育出版社，1985在城市地区，车辆排放的尾气、工业排放物以及其他活动都可能是重金属的来源，大气污染是重金属污染的一
15、个重要来源，重金属元素可以通过大气降尘与土壤的相互作用而积累于表层土壤中，重金属在土壤中的保持是一个持续过程。城区的表层土和街道浮尘是大气降尘中重金属污染的指示剂。目前有学者已注意到车流量大的公路旁的土壤受到铅和其他重金属的污染，但没有深入研究。重金属不能被土壤微生物降解，而在土壤中不断积累，且可为植物所富集，通过食物链，重金属浓度可增加到对生物链的一些成员有害的水平，并最终在人体内蓄积，达到危害的程度。如镉污染造成的骨痛病，汞污染造成的水俣病等。由于重金属不能被土壤微生物降解，土壤一旦遭受重金属污染，就很难予以彻底消除，最后向地表水或地下水迁移，加重了水体的污染。 重金属侵入人体产生的危害，
16、是由重金属的性质决定的，重金属的潜在毒性，主要与它的结构、物理性质和化学性质有关，与重金属元素的离子价态、离子半径、电荷离子半径比、第一电离能、电化当量、结合能、熔点、沸点、熔化热、汽化热等性质有关。在实际环境中，还与重金属元素氧化物的性质有关。我国研究者张维新等，根据重金属的理化性质，用模糊数学方法，对常见的51种重金属元素进行了分类及排序，并根据其在环境中的行为，进行了调整，得出了重金属的分类及毒性顺序。 表0.2 重金属潜在毒性的分类及顺序类别 重 金 属 毒 性 1 Hg、Cd、Tl、Pb、Cr、In、Sn 有较强毒性，多数有致癌致畸作用，易蓄积 2 Ag、Sb、（Zn）、（Mn）、A
17、u、（Cu）、Pr、Ce、（Co）、Pd、Ni、V、（Os）、Lu、Pt 生活中常接触，有一定毒性，有些又是人体必需的微量元素（加括号者） 3 Bi、Yb、Eu、Ga、Fe、Sc、Al、Ti、Ge、Rh、Zr 毒性较小 4 Hf、Ru、Ir、Tc、Mo、Nb、Ta、Re、W、Tm、Dy、Nd、Er、Ho、Gd、Tb、La、Y 毒性很小，一般情况下，不会对人类健康造成危害 *每类重金属中，其毒性次序自左向右依次递减。 资料来源：王连生，环境健康化学，科学出版社，1994 0.2国内外研究现状及进展随着各国工业化进程的不断加快和人民生活水平的提高，环境各要素的人为污染问题日益严重，勘查地球化学也以
18、查明各种污染物在环境中的含量、迁移、转化，及对人类社会的影响为己任，开展了这方面的填图和评价工作。我国的环境地球化学研究始于二十世纪六十年代，当时是地球化学家与医学工作者合作对诸如克山病、大骨节病等地方性疾病的病因进行了研究，揭示出它们分别是由于环境中Se、Mo的缺乏和饮水中有机物的过量所致。七十年代初，由于环境污染问题，一些地区结合土壤质量调查与评价，做了一些土壤背景值的测定。如“北京西郊环境质量评价”和“北京东南郊环境污染调查及防治途径研究”中调查测定了土壤中砷、汞、镉、铬、铜、铅的背景值。1977年初，在中国科学院的主持下，组成了专题性的中国科学院土壤背景值协作组，与有关科研单位、高等院
19、校及环境保护机构合作，先后开展了北京、南京及广州等地区土壤、水体和生物等方面的背景值研究。1979年，中国科学院在昆明召开了环境背景值学术讨论会，并以论文形式编辑出版了“环境中若干元素的自然背景值及其研究方法”一书。1979年至1983年，农牧渔业部环境保护科研监测所组织了科研、高校、环保等二十几个主要单位协作，在北京、上海、黑龙江、吉林、四川、贵州、陕西、浙江、天津、江苏、山东、新疆、广东等十三个省市进行了农业土壤中汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍、氟的背景值调查研究。1983年至1985年，我国“六五”科技攻关项目中，开展了广泛而深入的土壤背景值调查研究工作；我国“七五”科技攻关项目又列入了
20、土壤背景值研究课题，19861990年完成了全国土壤背景值的调查研究。1993年浙江物化探勘察院与地矿部物化探所在杭嘉平原开展了1:20万农业环境地球化学调查，取得了如下的显着成果：进行了农业地球化学分区，为农田合理施肥提供了依据；从地球化学角度提出4种农作物的适宜种植区，研究了水稻、油菜、麻桑、龙井茶的产量和质量与土壤中微量元素的关系，并通过补Zn使水稻增产20%；同时对区内生态环境进行了综合评估，提出了保持良好生态环境和控制污染的建议。近年来，国家科技部、中国科学院各院所、教育部有关高校、地方政府等各级部门等都依据所研究地区存在的具体环境问题，进行了土壤中重金属的迁移转化、重金属的吸附去除
21、及降低毒性等方面的研究，同时对土壤退化、养分库的建立，以及土壤酸化、盐化、碱化等问题进行了大量有意义的工作，取得了一大批研究成果。但由于我国土地辽阔、土壤类型众多、地貌景观复杂，上述研究工作仅在一些典型地区开展，大面积多信息的研究工作还滞后于国外同类研究工作。目前，国家环保局在广东珠江三角洲开展了典型地区的土壤环境地球化学调查的试点研究，研究内容包括土壤重金属污染、土壤中有机质污染、城市固体废弃物等项内容，他们虽然在测试项目种类上比较齐全，但在研究地区的选择上是局部的、有针对性的。中国地质调查局从1999年开始的全国主要工农业发达地区及沿海城市(广州市、成都市、武汉市、漳州市、南京市等)多目标
22、地球化学调查是迄今为止我国开展规模最大、测试元素最多的一次调查，是融第四纪地质、基础地质、矿产资源及环境评价为一体的综合性调查活动，取得了大量的第一、第二环境51种元素的测试数据，为矿产预测、寻找地热、环境评价提供了丰富的资料。为了推动西部大开发，根据国土资源部的部署，四川省地质调查院19992001年开展了成都盆地多目标地球化学调查，取得了重大成果。如发现：成都市范围内约有5000km2的土地存在不同程度的Hg、Cd、Pb、Zn、As、Ni, Cr等重金属元素污染，污染面积约占总面积的40。0.3研究思路、方法、内容1、进行城市环境样品土壤的野外采集2、样品的实验室室内的制备。3、x荧光分析
23、仪测定环境样品，分析Pb,As,Cu,Zn等元素。4、对比分析热电厂周围土壤数据。5、对数据进行研究分析，评价郊区土壤环境。1.研究区基本概况1.1地理概况调查区地处四川盆地西部，四川省十五计划规划在成都经济区建设一个特大型城市（成都市）、两个大城市（绵阳市、乐山市），可见这三个城市是“天府之国”的核心地带，在四川省经济发展中具有举足轻重的地位。区内交通方便，成昆线、宝成线、成南线等三条铁路通过调查区；公路网四通八达，计有106、108、318、317、213、305、306等国道和成绵、成乐、及成南等高速公路；除此而外，省道、县道更是布满本区平坝丘陵地区。区内气候温和，四季分明、雨量充沛，湿
24、度大、云雾多、日照少、年平均湿度为70%80%，无霜期长。地势西高东低、北高南低。从地理地貌分区来看，成都市属四川盆地平原区1.2资源及工业分布现状调查区人口密度大，工矿企业多，相应的各类固体废弃物、工业“三废”排放量大大增加，已成为影响调查区生态环境不可忽视的重要因素。在各级政府和有关部门的重视与严格管理下，近年来，工作区的环境污染得到了一定的控制。成都了坚持污染防治和生态环境保护并重，以减轻城区污染和建设良好的城市生态、防止全市自然环境破坏为重点的发展战略，污染防治工作取得明显成绩。府南河综合整治工程荣获联合国1998年“世界人居奖”。城区加快了生活炉灶和锅炉使用清洁能源的改造步伐。至19
25、98年底，城区使用清洁能源的生活炉灶达l3879台(套)，锅炉187台。一环路内使用清洁能源的生活炉灶已超过90。每年可减少燃煤16.6万吨，减少二氧化硫排放量0.37万吨，减少煤渣5万吨。在全市范围内加强了机动车路检、抽检工作和尾气污染治理。1998年，城区路检、抽检机动车6278辆，经治理达标5447辆，达标率提高到86.7。市污水处理厂二期工程已于2000年完工，府南河延伸整治工程正顺利进行，城区内小河道开始整治。1.3区域地质1.3.1大地构造位置成都经济区在大地构造上跨扬子准地台与松潘-甘孜褶皱系、昆仑-秦岭地槽褶皱系级构造单元，包括龙门山-大巴山台缘坳陷、上扬子地台坳、四川台坳、西
26、秦岭地槽褶皱带、巴颜喀拉地槽褶皱带五个二级构造单元。1.3.2地层测区属沉积岩广泛发育区，下元古界至第四系均有分布，区内大面积出露的为侏罗系、白垩系、第四系地层，各地层主要岩性简述如下：第四系（Q）：为冲洪积层，粘土、亚粘土、砂砾层、砾石层、局部含泥炭。分布在平坝地区及山间河谷地区，出露面积较广。下第三系（E）：棕红色粘土岩、钙泥质粉砂岩，砖红色含泥砂岩。该地层仅在调查区的乐山、眉山、雅安地区零星出露。白垩系（K）：分布于区内广大丘陵低山区及平坝地区，主要岩性为紫红色、灰白色砂质泥岩、棕红色岩屑砂岩、砾岩、砂岩、长石石英砂岩、粘土岩、粉砂岩、页岩等。侏罗系（J）：分布于区内广大丘陵低山区及平坝
27、地区，主要岩性为棕红色泥岩、紫红色粘土岩、夹砂质页岩、砂质泥岩、岩屑石英砂岩等。三迭系（T）：主要分布于区内盆周山区，主要岩性为砂岩、灰色岩屑砂岩、长石石英砂岩、粉砂岩、细砂岩、粘土岩、泥页岩等。此层含煤。二迭系（P）：乐山市峨眉山地区出露较广，其它地区零星分布，主要岩性为玄武岩、灰岩、泥灰岩、白云岩、炭质页岩、含铜砂页岩，在龙门山地区其岩性为灰绿色玄武岩、凝灰质千枚岩。石炭系（C）：主要沿调查区西、西北部山区零星分布。主要岩性为灰岩、结晶灰岩、千枚岩、板岩等。泥盆系（D）：主要分布于龙门山区，出露面积较小，主要岩性为千枚岩、含炭千枚岩、石英岩夹结晶灰岩、灰岩、页岩、砂岩等。志留系（S）：绵阳
28、西北部分布较广，主要岩性为千枚岩、绢云千枚岩、片岩、板岩、变质石英砂岩等。其它年代地层，包括奥陶系（O）、寒武系（）、震旦系（Z）、前震旦系等仅在测区外西部山区零星出露。1.3.3构造调查区经历了晋宁、澄江、加里东、华力西、印支、燕山及喜马拉雅期等构造旋回，现存构造形迹主要是印支期末褶皱造山作用和喜马拉雅期推覆构造运动的产物。主要构造形迹在龙门山区表现为一系列北东向展布的深断层、褶皱构造。在丘陵区主要为一系列平缓开阔褶皱。调查区西部断裂构造比较发育，主要有北川-映秀深断裂，江油-灌县大断裂，九顶山断裂、茂汶断裂，柳江断裂，金坪断裂，凰仪断裂。成都-蒲江断裂，龙泉山大断裂。岷江断裂、虎牙断裂、雪
29、山断裂，古城断裂。除此而外，区内还有仁寿断裂，井研断裂等大大小小的断裂构造。遥感解译资料表明，调查区有一系列北东向、南北向的隐伏线性构造及环形构造。2.样品的采集与分析2.1样品采集2.1.1.采样方法采样深度分为2种，为02cm为表层土，2-20cm为深层土，采集地表至20cm深处的土样，并去除杂草、草根、砾石、砖块、肥料团块等杂物。为增加土壤样品的代表性，采样时应以1处为主（作为定点位置），在采样点周围5m范围内多点采集23个子样组合为一个样品。每个大格内的单点样的土类尽量做到基本一致。采样时候为避免样品污染，注意挖掘时避免使用铁器，采样时用木勺，并装入聚乙烯塑料袋封装。2.1.2.采样位
30、置本次采样以成都市龙潭寺北湖周围为主，以北湖为中心，采取放射采样，从北湖出发，每隔500m进行采样，分别采集表层土和深层土，并记录采样地点以及周围环境。共采集3条线。（见示意图2.1）在农业区为使样品具有代表性，不能在水土流失严重或表土被破坏处采样，通常应在农用大田、菜地、林带地、岸坡及路边地采样；在接近农村采样时，注意调查和访问当地居民，尽量避开新近搬运来的堆积土、垃圾土；若在采样范围内无法采集到自然表层土壤，可以选择人工改造时间较长的表层土壤。 图2.1 成都郊区北湖采样点示意图2.1.3.采样重量样品原始重量应不低于1500g，每个样品要保证截取的粒级样品20目部分重达800g。重复样和
31、重复分析样取样重量应在一般样重的基础上加大一倍。2.2样品的处理2.2.1样品的处理:土壤经自然风干后，剔除生物残骸、植物碎片、碎石和砾石，装入聚乙烯塑料袋送样。2.2.2.样品的实验室室内的制备。样品置于烘箱内在800C条件下烘干后，利用玛瑙钵进行碎样，全部过120目尼龙筛，将样品装入纸样品袋。2.3.样品的分析测试将制备好的土样放入样品杯中，经手动铺平，压实，放置在干燥处待测。（在制样过程中，应将样品杯中的土样压实至饱和厚度，以提高样品测量的精确度。）2.3.1 X荧光分析原理X射线是伦琴于1895年发现的一种电磁辐射，其波长为 0.0110nm。在真空管内用电加热灯丝（钨丝阴极）产生大量
32、热电子，热电子被高压（万伏）加速撞击到金属Mo，Cu，Fe，Cr，Rh等材料制成的阳极靶上，电子运动突然停止，电子动能部分转变成X射线辐射出来，它包含有高强度的单色X射线特征X射线外，还有连续的X射线。 当能量高于原子内层电子结合能的高能X射线与原子发生碰撞时，驱逐一个内层电子而出现一个空穴，使整个原子体系处于不稳定的激发态，激发态原子寿命约为10-12-10-14s，然后自发地由能量高的状态跃迁到能量低的状态。这个过程称为驰豫过程。驰豫过程既可以是非辐射跃迁，也可以是辐射跃迁。当较外层的电子跃迁到空穴时，所释放的能量随即在原子内部被吸收而逐出较外层的另一个次级光电子，此称为俄歇效应，亦称次级
33、光电效应或无辐射效应，所逐出的次级光电子称为俄歇电子。它的能量是特征的，与入射辐射的能量无关。当较外层的电子跃入内层空穴所释放的能量不在原子内被吸收，而是以辐射形式放出，便产生X射线荧光，其能量等于两能级之间的能量差。因此，X射线荧光的能量或波长是特征性的，与元素有一一对应的关系。 K层电子被逐出后,其空穴可以被外层中任一电子所填充，从而可产生一系列的谱线，称为K系谱线：由L层跃迁到K层辐射的X射线叫K射线,由M层跃迁到K层辐射的X射线叫K射线。同样,L层电子被逐出可以产生L系辐射。如果入射的X射线使某元素的K层电子激发成光电子后L层电子跃迁到K层，此时就有能量E释放出来，且E=EK-EL，这
34、个能量是以X射线形式释放，产生的就是K射线，同样还可以产生K射线 ，L系射线等。莫斯莱(H.G.Moseley) 发现，荧光X射线的波长与元素的原子序数Z有关，其数学关系如下： =K(Z-s)-2 这就是莫斯莱定律，式中K和S是常数，因此,只要测出荧光X射线的波长,就可以知道元素的种类。激原子退激时将多余的能量以电磁辐射的形式释放出来即发射特征X射线（特征X射线有称为荧光或者特征荧光），特征X射线的能量（EX）等于参加电子跃迁和充填过程的两个壳层电子的结合能（E1和E2）之差，即：EX= E1-E2 (2.1)按照莫塞莱（H.G.Moseley）定律，EX的物理表达式为：E=RhC(n1-2+
35、n2-2)(Z-An)2 (2.2)式中，R里德伯常数（R=10967760m-1）；h普朗克常数（h=6.6255910-20Js）；C真空中的光速（C=3.0108ms）；Z受激原子的原子序数；An 系数；与产生电子空穴的壳层位置有关；n1、n2分别为跃迁电子和充填电子所处壳层的主量子数（n1、n2均为正整数）。对于K系特征荧光，n1=1；n2=2；An=1；则式1.2可简化为： EX=10.198（Z-1）2eV (2.3)对于L系特征荧光，n1=2；n2=3；An=7.4；则式1.2可简化为： EX=1.884（Z-7.4）2eV (2.4)式1.21.4表明，某一元素发射的特征X射线
36、，其能量与该元素的原子序数的平方（Z2）成正比，或者说每个谱系的特征X射线的能量的平方根（EX-2）与对应元素的原子序数成正比关系。因此，根据待测样品所产生的特征X射线的能量，可以进行定性分析-定性识别各种不同元素。2.3.2 X射线荧光定量分析的理论公式显然，若样品中某种元素的含量越高，则样品中含有该种元素的原子数目也越多，它们被激发而产生特征射线的几率也越大，即在同等测量条件下样品发射该种能量的特征射线的照射量率越大。因此，测定某种元素的特征射线的照射量率就可以获知该种元素的含量。根据理论推导，当待测样品均匀、各向同性、表面光滑平整、体积为无穷大，并采用平行窄束射线激发样品时(如图2.2)
37、，测量仪器探测到的特征射线 的照射量率可表达为： (2.5)式中，Ix特征射线(二次射线)的照射量率； Io入射射线(一次射线)的照射量率； Cx待测元素的含量； o、x分别为被测样品对一次射线和二次射线的质量吸收系数； 、分别为一次射线的入射角和二次射线出射角； Kx 系数；与测量条件有关。 对手提式射线荧光仪的测量条件而言，90o，90o，式（2.5）化简为： (2.6) 可见，特征射线的照射量率与被测样品中待测元素的含量呈线性关系。采用相对测量法可以定量分析待测元素的含量。综上所述，通过测量特征射线的能量(或波长)及其照射量率就可以定性、定量分析被测样品中所含各种元素及其含量。因此，原位
38、X射线荧光分析就是利用手提式X射线荧光仪现场测定土壤、岩(矿)石或其它固体、液体材料受到人工放射性产生的()射线的照射而发射出来的特征X射线的能谱(照射量率随特征X射线能量变化的关系图)，进而确定待测物质中所含元素的种类及其含量的高低。2.3.3 仪器的标定实验使用的测量仪器为：Si-PIN 实验使用的放射源为： 238Pu此次实验要求测量的元素为：Cr、Fe、Cu、Zn、Pb，因此需要同样元素的标准样品（即已知元素含量的纯样品）来标定仪器，以判断峰值代表的元素和测量元素的峰边界、峰位，最终得出元素的峰面积。各元素的标定结果如表2.1：表2.1 元素标定结果能量刻度Fe的K峰CH=268As的
39、K峰CH=479谱峰设定CH左峰位CH右Cr 210217227Fe253268285Cu344350356Zn370379389Pb4644754862.3.4 标准样的测量将土壤标准样放到探头上测量，使用238Pu作放射源，测量时间为600s。测量结束后，仪器自动计算峰面积，通过多元回归计算，并辅以特散比发修正，得出要求待测元素的峰面积。记录数据。查表得到标准样的待测元素含量（见表2.2）表2.2 标准样元素含量元素标样峰面积标样含量单位本底Cr8.97118ppm2.153Fe742.198.82%216.68Cu10.407144ppm0.687Zn15.103494ppm0.703P
40、b25.617552ppm0.6732.3.5 本底的测量样品的测量方法同上（标准样的测量），测量时间200s。测量一次，并记录数据。见表（2.3）2.3.6 样品的测量 样品的测量方法同上（标准样的测量），测量时间200s。测量两次，并记录数据。2.3.7 样品测量数据的处理每次记录的数据为Sa、Sb，求其两次的平均值S均。 S均=（Sa+Sb）/2 （2.7） 将峰面积平均值除去其中的本底值。 S样= S均-S本底 （2.8） 由已知的标样峰面积和含量可得： 样 （2.9） 因此： 由上可以计算得出各个待测元素的含量。数据及结果见表（2.3）表2.3 成都郊区北湖周围表层土和深层土重金属元
41、素含量Fe（%） Cu（ppm）Zn（ppm）Cr（ppm） As+Pb（ppm）C1表4.76158.29116.980.7681.99C1深4.47356.6488.9387.6872.45C2表4.01341.93115.369.0472.27C2深4.39850.19138.947.3372.63C3表4.47747.8792.560.164.52C3深4.34847.8383.1267.1387.21C4表4.81258.6312679.5275.93C4深5.11356.8913366.2390.89C5表4.6253.36180.490.746.53C5深4.74550.7124
42、.9110.782.33D1表4.32349.44108.181.6172.79D1深4.66354.96154.4104.771.26D2表4.05852.08105.572.2238.53D2深4.26849.3980.4154.8921.96D3表4.5894712372.72103.7D3深4.24446.26181.778.71103D4表4.9859.95139.995.0718.2D4深4.62557.7898.3682.2740.71D5表4.16640.61151.678.7156.19D5深4.14441.72135.696.2564.49E1表4.01141.59138.
43、652.892.86E1深4.02346.72150.660.2779.17E2表4.30542.93158.755.9984.58E2深4.4452152.475.2495.23E3表4.23352.313152.1793.24E3深4.29749.63122.971.7794.01E4表3.64542.9784.1457.9875.11E4深3.90240.2590.6550.6139.02E5表4.45751.08148.458.6247.15E5深4.6348.8114791.1629.21E6表4.46659.25107.279.2585.43E6深4.41353.0486.5486.7790.1E7表4.57748.95128.578.4189.46E7深4.52454.711577.7635.76 3.数据分析数据统计结果如下：表3.1 数据统计结果Fe（%）
