X萤光-XRF XRF应用于环境检测经验分享

近年来由于工业及农业快速的发展，工业废水的排放，土地被大量开发使用，固体废弃物的增加，使得土壤环境重金属污染问题越来越被重视，在环境中水与空气可藉由自然稀释的方式使危害程度降低，但土壤无法透过此方式自然稀释，然而重金属危害只会不断累加，所以对于土地土壤的管制也越来越严格，因此可快速有效筛选判断工具的需求也大幅的增加，除了设备本身的性能，土壤评估除了对污染来源背景亦需有基本的了解，同时对于筛选工具正确使用与判断，也是很重要的一环。

近日多起新闻报导指出，使用XRF快筛判断土壤重金属浓度，检测完后发现部分土壤八大重金属超出管制标准，则使用标准检验的测试方法，毒性特性溶出试验（TCLP），所测出来的数值都是符合相关法规的管制值，两种方法比对后测值有出入，导致误传XRF是误差甚大的检测方法，其实XRF的检测是判断土壤内容物的重金属总含量，而有害重金属可能溶出的溶出量、是否有污染的疑虑，是需透过毒性特性溶出试验分析，土壤物质中重金属溶出量是否会危害到环境。



其有害重金属来说，以铬为例相较于其他重金属造成人体危害较大，铬因其质坚硬且有良好的抗腐蚀性及具金属的光泽，因此在各项工业中被广泛使用，相对的在各项应用途径多，所以会造成的污染的情况也较常见，像是废弃粉尘、电镀液废水，都是造成土壤环境污染的因素之一。在自然界中铬存在，主要以六价铬、三价铬的形式存在，其他五、四、二价则不稳定，三价铬对动物而言是必须的元素且有益人体健康，而六价铬是致癌物质，是刺激及腐蚀物质，而XRF进行的是元素分析，分析出总含量，而不是价态分析，所以分析结果包括所有价态的元素总量，无法区别出材料中铬是以金属铬、三价铬还是六价铬的形式存在。

对重金属铬在土壤中管制并没有严格区分三价铬及六价铬，因此受铬污染土壤中存在铬形态的差异，须利用不同清洗液对不同的型态重金属铬的清洗去除效果，而土壤经过前处理烘干或风干后，重金属阴离子六价铬部分会转换还原成三价铬。现地污染土壤分析结果显示大部分是以三价铬为主，有些农田地可能会受到工厂排放六价铬的污染，但在长时间在日光曝晒及风干下，绝大部分都转换成三价铬的形态，以ICP感应耦合电浆质谱仪、INNA、毒性特性溶出试验（TCLP）等化性分析准确性高，亦可分析出价性的差异，但样样品需前处理及分析步骤较为繁复，须采样至实验室分析以及测量时间较长，后续的废液亦需要标准的处理步骤，所以XRF的非破坏性的快速分析，可做为污染物筛检前置使用，现地区块分析即样本XRF检测值偏高时，再采样送实验室分析，虽然方便但属于非破坏性物理检测，其检测方式受物理效应限制(例如：表面颗粒、粗糙度、样品异质性及X光入射深度)，都是影响到数据的因素之一。下例为我们使用手持式XRF，根据国际土壤标准品NIST 2711a来分析，针对八大重金属来检验的实验结果。

土壤标准品NIST 2711a 分别使用XRF/ICP-MS/INNA 检测的数值

2711a	Certified Value( ppm)	XRF	3ICP-MS	INNA
As	107	99	90	102
Cd	54.1	52	54	-
Cr	52.3	58	21	50.6
Cu	140	140	140	-
Hg	7.42	5.8	7.42	-
Ni	21.7	23	22.26	-
Pb	1405	1384	1400	-
Zn	414	402	410	415

 

标准品NIST 2711a	以手持检测方式	以测试平台检测方式

上述实验数据显示以XRF测试，实际测试标准品2711a差异较小，除了设备本身须具备一定的性能外，其原因在于XRF是根据应用不同，配置的硬体规格及分析模组也不尽相同，是依客户需求客制化的检验设备，设备购置后亦需要专业的技术指导及丰富经验的技术支援，例如:标准检量线的建置、样品粒径大小、样品基质的影响、材料基质成分、还有元素间的干扰，是否有软体补正排除干扰，这些因素对分析结果会有影响，都是必须考量的要点，需经过设备相关的教育训练及指导，才能发挥XRF的优点，非破坏式检验，可现地进行快速大量的即时分析，了解样品资讯，省去前处理的时间及成本。