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摘 要：土壤重金属污染具有隐蔽性、滞后性和复杂性，且对人体健康影响具有长期性、潜伏性和不可逆性，对其进行准确检测十分必要。X射线荧光光谱法（XRF）是一种无损检测技术，可快速分析土壤中的多种金属元素，具有测量速度快、线性范围宽、准确度高和仪器简单等优点，但由于土壤中重金属的复杂性和不均匀性，导致其检测准确性一直存在较大争议。鉴于此，文章针对土壤重金属检测中常用的 XRF方法进行了介绍，然后对提升X射线荧光光谱法检测土壤中重金属的准确性的有效策略进行探索，以供相关工作人员参考。

关键词：土壤检测；重金属；X射线荧光光谱法；准确性

随着社会经济的发展，人口不断增长，对资源和能源的需求也不断增加，工业发展过程中对能源和资源的过度开发、利用和浪费，导致环境污染问题越来越严重，其中土壤重金属污染是指在工业生产过程中，由生产原料、生产工艺和产品等因素导致的土壤中的重金属元素含量超出正常范围，如不能得到有效控制，将会严重影响农业生产，造成土壤生态环境的破坏，并对人类健康产生危害的现象，因此加强土壤中重金属检测工作非常关键，通过X射线荧光光谱法检测技术的应用，在检测精确度方面可以得到保障。

1土壤中重金属检测X射线荧光光谱法的重要作用分析

1.1快速检测与现场元素分析

第一，土壤样品处理土壤样品可以分为粉末状、颗粒状和块状，而采用X射线荧光光谱法进行检测的时候，可以将土壤样品直接投入到X光管中进行扫描，然后将扫描后的数据分析处理后得出结果，如果土壤中含有水分则要对土壤进行烘干处理。第二，快速检测是对土壤样品进行分析，然后对其结果进行分析。在实际检测过程中，由于土壤重金属的污染具有隐蔽性、复杂性和动态性的特点，因此需要进行多次重复检测才能确定样品中的重金属含量。在实际检测过程中，要结合实际情况选择合适的检测方法[1]。第三，现场元素分析。在实际检测过程中，要将土壤样品直接投入到X光管后进行扫描，然后将扫描后的数据进行分析处理后得出结果，在实际检测过程中还可以采用便携式仪器对土壤中重金属含量进行分析，由于便携式仪器具有体积小、重量轻和操作方便等特点，所以可以对土壤样品中的重金属含量进行快速测定。如图1：

1.2非破坏性检测

X射线荧光光谱法在土壤重金属检测过程中，可以利用非破坏性检测方法进行土壤重金属含量的测定，利用非破坏性检测方法进行土壤重金属含量检测，主要是指利用X射线荧光光谱法对土壤中的金属元素进行定性和定量分析，由于X射线荧光光谱法在操作过程中不会对土壤样品产生破坏，因此可以对土壤中的重金属元素进行非破坏性的测定，同时X射线荧光光谱法还具有其他的优势，比如其能够快速、准确、安全地进行检测，在应用过程中可以对土壤重金属污染状况进行及时的监测。在检测过程中无需添加任何化学试剂，只需要将土壤样品投入到X光管中则可以对其进行分析，无需对样品进行处理，可以实现对土壤样品的快速分析，操作过程简单、快速；检测时间短、效率高等[2]。

1.3多元素同时分析

由于土壤中的重金属元素往往会存在多种形态，并且存在形态之间的关系非常复杂，这就导致在对土壤中的重金属元素进行检测过程中，往往需要根据实际情况选择多元素同时分析方法。多元素同时分析方法主要是指同时测定多种元素含量，并在此基础上对其进行综合分析，从而得到最终检测结果的一种方法。比如，在检测土壤中的铅元素含量时，需要先对土壤进行消解处理，然后将消解后的土壤样品投入到X光管中进行扫描分析，从而得到铅元素含量。

1.4适用于复杂土壤环境

X射线荧光光谱法的工作原理是通过激发样品发射X射线，根据被激发样品中元素的含量确定其特征X射线强度，然后利用检测仪器检测土壤中的金属元素含量，这种检测方法可以用于测定土壤、岩石、矿石和其他固体样品中的金属元素，具有快速、无损和高效等优点，可以直接分析土壤中的重金属含量，而且能够快速测量土壤样品中的金属元素含量。对于不同类型的土壤，X射线荧光光谱法应用不同，其中对于地质矿床中酸溶矿物来说，X射线荧光光谱法具有非常好的适用性。在对土壤进行检测过程中，需要结合实际情况选择合理的检测方法，通常可以选择采用 XRF/EDS （X射线荧光光谱法）来进行分析，但是对于地质矿床中酸溶矿物来说，由于其溶解度受到了不同程度的影响，所以需要对 XRF/EDS法进行优化处理才能更好地提高检测结果的准确性。

2利用X射线荧光光谱法提高土壤中重金属检测准确性的相关策略分析

2.1优化 X 射线荧光光谱法仪器参数与测量条件

2.1.1X射线源

根据土壤样品中重金属含量，选择合适的X射线源。在实际应用中，仪器通常采用氦气和氩气作为X射线源，氦气质量较轻，更容易扩散至样品内部，氩气质量较重，不易扩散至样品表面。经分析比较后发现，选择氦气作为X射线源更为合理。

2.1.2根据土壤重金属含量，选择合适的X射线管。

在实际检测中应根据不同元素选择不同的X射线管，土壤样品中不同元素的X射线强度不同，为提高检测准确度，应根据不同元素选择合适的X射线管，对于 Cu、 Pb、 Zn等轻元素而言，采用高纯氦气作为X射线源较为合适，对于 Hg、 Cr、 Mn等元素而言，采用低纯氦气作为X射线源更为合适，对于 Ni、 Cu等重元素而言，采用高纯氩气作为X射线源较为合适。

2.1.3探测器

对土壤样品进行检测时，探测器是影响测量结果准确性的重要因素之一，为了提高检测精度，应选择灵敏度较高的探测器，根据土壤重金属含量的不同，可以选择灵敏度较高的X射线管或高灵敏探测器，由于土壤中重金属含量较少且均匀分布于样品内部，因此在实际检测过程中应根据土壤样品进行分析检测[3]。

2.1.4测量条件

在进行X射线荧光光谱法检测时应注意测量条件的影响。对于土壤样品而言，由于其具有复杂的成分和结构，因此应避免测量时间过长、测量次数过多等问题，在实际检测过程中应尽量减少样品震荡时间、增加测量次数，以提高检测准确度和精确度。

2.2做好样品制备与前处理工作

对于土壤样品的前处理，主要是通过破碎、研磨、过筛等方法去除样品中的杂质，同时选择合适的土壤制备方法以提高检测效率。土壤中存在大量的矿物元素，包括铁、锰、铝等，而这些元素在土壤中含量较低，且由于其本身具有较强的熔融性，导致其无法使用常规方法直接测定，因此在进行土壤重金属检测前，要先对土壤样品进行破碎处理。对于样品的粒度要求较高，一般小于3 mm，为了提高样品破碎效果，可通过研磨机、粉碎机、研磨机等多种方式进行处理。此外，还可以利用手工或机械方法对土壤样品进行粉碎，同时根据土壤矿物组成、粒度及化学组成等选择合适的粉碎方法，在进行样品制备时，应注意将土壤样品放入干燥器内干燥一定时间后再进行消解处理。由于土壤中存在大量的有机成分和无机矿物质元素，因此在消解过程中必须注意保护样品不受污染，通常情况下可以采用硝酸+高氯酸+硝酸混合酸消解法对样品进行处理，如果样品中含有大量有机物或易挥发组分，可采用硝酸+高氯酸+硝酸混合酸消解法，即首先将土壤样品放入浓硝酸溶液中浸泡一段时间，待反应完成后再用高氯酸溶液进行淋洗处理，样品在进行前处理时，由于土壤本身性质复杂，因此在实际操作中，需要对土壤样品进行预处理。此外，在进行土壤样品制备时，还应注意控制好样品的均匀性、稳定性及代表性等，对于不同的土壤样品，其制备方法也应有所区别，如对于易挥发组分较多的样品，可采用真空抽滤法对其进行预处理，对于一些难挥发组分较多的样品，可采用湿法消解法对其进行预处理。

2.3建立精确的校准曲线与测量标准

一般情况下，校准曲线的拟合结果与待测元素的含量存在较大差异，根据相关标准和相关规范，当待测元素含量≤0.1 mg/kg时，可将其校准曲线的斜率、截距、截距斜率、相关系数以及曲线斜率作为评价指标，根据各项指标的优劣确定最佳拟合区间。该方法在使用过程中主要有以下优点：1）可以快速测定样品中待测元素含量，而不必将整个样品放置在X射线管中，这样可避免样品中某些元素被屏蔽掉而无法测出；2）通过校准曲线可快速将待测元素含量转换为仪器的测试值，从而提高其检测的准确性；3）由于仪器检测速度快，可减少样品在检测过程中所受的污染程度，从而提高检测的准确性，在校准曲线确定后，便可以根据待测元素的含量对仪器进行校准，并按照仪器说明书要求将仪器进行操作。当待测元素含量超过0.1 mg/kg时，还需建立测量标准曲线。由于土壤中重金属含量受多种因素影响，不能通过单一指标来反映土壤重金属污染状况，因此在建立校准曲线时，通常采用综合指标来进行评价。由于土壤中重金属元素种类繁多，且各元素含量有较大差异，因此不同种类的重金属元素具有不同的校准曲线特征值[4]。一般情况下，对于 Fe、 Cu、 Pb、 Cd等主要污染元素需要建立线性校准曲线；对于 Cd、 As等污染元素则需建立二次曲线或三次曲线等校准曲线，对于 Pb和 Zn等次要污染元素则可通过建立混合校准曲线的方式来反映。如图2：

2.4采用高级分析技术进行谱线处理

在对土壤中的重金属元素进行精确分析的过程中，X射线荧光光谱仪（XRF）发挥着至关重要的作用，然而由于各种土壤样本中元素的含量和分布可能存在显著差异，因此仪器生成的信号往往会在仪器内部产生复杂的分布状态，这一现象不仅增加了检测的难度，而且也可能导致分析结果的偏差。为了克服这些问题，相关研究人员开发了高级分析技术来对谱线进行优化处理，同时利用先进的计算机软件对其谱线信息进行深入分析。在实践中可以采用软件工具对土壤中的不同元素特征谱线进行有效提取和过滤，通过这种方法可以提取出与特定元素相关的最具代表性的谱线，然后在此基础上构建数学模型，还可以利用软件绘制出二维直方图，以此来直观展示数据的分布情况，这样不仅可以帮助分析者更准确地理解光谱信号，而且还能为后续的数据处理工作提供坚实的基础。

2.5检测模型与算法优化

对 XRF测量方法进行优化的目的是提高测量准确性，以满足土壤重金属检测的需求。在实际应用中，为了使模型更接近真实值需要对模型进行优化。目前常用的建模方法有三种：线性回归、主成分回归和偏最小二乘回归（PLSR）。在土壤重金属检测中，可利用两种方法进行建模，以提高模型预测准确性。基于土壤中重金属的影响因素建立模型，使用两种方法对模型进行优化，在具体检测工作中，在测试集上使用主成分回归方法建立模型，然后使用偏最小二乘法对其进行优化。第二种方法是使用一种简单的偏最小二乘算法（PLSR）建立模型，通过两种方法的比较，发现主成分回归方法具有更高的预测精度和稳定性。在实验过程中，还需要根据测试集的特点对模型进行优化，具体来说，当测试集集中含有少量干扰元素时，主成分回归和偏最小二乘回归可以同时应用于土壤重金属检测，在这种情况下使用两种方法都可以获得良好的预测结果。将XRF光谱技术与其他先进的光谱技术相融合，如可见-近红外光谱（Vis-NIR）或者微波红外光谱（MIR），可以极大地增强预测土壤中重金属含量的准确性，这些光谱方法各有特点：Vis-NIR能够揭示更细微的数据变化，而MIR则适用于低频范围的探测。通过多光谱融合技术，研究者们能够获得更为全面和精确的数据支持，这对于提升模型的预测能力至关重要[5]。引入机器学习算法以结合XRF光谱数据，将使预测精度得到显著提升，随机森林、深度信念网络以及支持向量机（SVM）等算法均表现出色，可以从复杂的光谱数据集中提取出有用信息，从而更好地适应特定的土壤样本，特别值得一提的是基于径向基函数（RBF）的支持向量机（SVM）模式识别模型，它在土壤重金属检测领域展现了极高的准确性和稳定性。特征选择技术也是提高模型性能的关键步骤。主成分分析（PCA）是一种有效的工具，它通过降维来去除数据中的冗余信息和噪声，从而降低模型的复杂性并提高预测的精度。除此之外，多元散射校正（MSC）和局部加权线性回归多元散射校正（LWLR-MSC）能够改善光谱数据的质量，为后续的模型学习打下坚实基础。

3结语：

综上所述，在实际的土壤重金属检测过程中，应用X射线荧光光谱法具有非常多的优势，可以快速、准确地对土壤重金属含量进行测定，同时还具有非常高的准确度和精密度。不过在实际应用过程中，还需要注意一些问题，比如在分析过程中需要选择合适的仪器设备、选择合理的检测方法和技术、制定科学合理的工作流程和制度等。只有这样才能保证X射线荧光光谱法在土壤重金属检测过程中得到科学合理应用，为我国土壤环境保护工作做出贡献。

参考文献：

[1]杨帆，胡正峰，张颖，等.便携式单波长激发能量色散X射线荧光光谱法在土壤重金属速测中的应用[J].环境污染与防治，2024，46（09）：1272-1279.

[2]倪晓芳，张长波，唐晓勇.基于模式识别的X射线荧光光谱法用于土壤重金属快速检测[J].光谱学与光谱分析，2024，44（09）：2692-2700.

[3]蒋奡松，吴龙华，李柱.能量色散X射线荧光光谱技术在土壤重金属分析中的应用研究现状[J].岩矿测试，2024，43（04）：659-675.

[4]陈春霏，卢秋，姚苏芝，等.粉末压片-X射线荧光光谱法测定富硅土壤和沉积物样品中的5种重金属元素[J].中国无机分析化学，2024，14（05）：513-520.

[5]郭金珂.便携式X射线荧光光谱法的基体效应校正及应用[D].吉林大学，2023.

作者简介：姓名：高晓连（1982.6-），女，汉族，湖南沅江，硕士研究生，高级工程师，主要从事场地调查、环境监测方面相关工作