ARL QUANT’X能量色散型X射線熒光能譜儀快速測(cè)定塑膠玩具中的鉛含量
01 前言
鉛(Pb)可添加在玩具油漆涂層中,,使油漆涂層堅(jiān)硬而富有韌性,,也可以直接添加到塑膠玩具基材中,,增加其強(qiáng)度,,而且原料生產(chǎn)中所使用的色粉,、色母或穩(wěn)定劑等都有可能含Pb,。兒童Pb中毒會(huì)造成多系統(tǒng)的損害,特別對(duì)兒童智力發(fā)育的影響尤為顯著,。
因此Pb含量一直是玩具安全檢測(cè)中的重點(diǎn)項(xiàng)目,,也是玩具生產(chǎn)中的主要質(zhì)控項(xiàng)目。
本研究使用 X 射線熒光法檢測(cè)玩具產(chǎn)品中的Pb含量,,考察了管電壓,、測(cè)量時(shí)間、濾光片等條件,,選擇合適的檢測(cè)參數(shù)及方法,,實(shí)現(xiàn)了Pb含量的快速檢測(cè)。
相比傳統(tǒng)檢測(cè)方法,,具有無需前處理,、操作簡單、檢測(cè)速度快,、靈敏度高,、檢測(cè)成本低的優(yōu)點(diǎn),適用于中小型實(shí)驗(yàn)室低投入建設(shè),,也適用大型實(shí)驗(yàn)室作為快速篩選的手段。
02 實(shí)驗(yàn)儀器
實(shí)驗(yàn)所用儀器為:ARL QUANT'X 能量色散型X射線熒光能譜儀,,來自美國賽默飛世爾公司,;實(shí)驗(yàn)配置Peltier電致冷Si(Li)檢測(cè)器,使用 Wintrace7.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析計(jì)算,。
03 樣品制備
本研究建立的是一種快速、價(jià)格低廉且不引入顯著系統(tǒng)誤差的測(cè)試方法,,因此樣品無需進(jìn)行前處理,。塊狀樣品選取表面光滑,、能覆蓋X射線發(fā)射窗口區(qū)域的部位作為檢測(cè)區(qū)域,該部位厚度應(yīng)當(dāng)超過2mm,;顆粒狀樣品使用覆蓋有樣品膜的X 射線熒光能譜儀專用樣品皿盛裝,,樣品皿內(nèi)的樣品高度為15mm。
04 結(jié)果與討論
01
管電壓選擇
為研究管電壓對(duì)測(cè)量過程的影響,,改變管電壓,, 分別選擇 23、24,、25,、26、27,、28,、29、30 kV 進(jìn)行實(shí)驗(yàn),,在 每 個(gè) 電 壓 值處測(cè)量11次,,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1、圖2,。

圖1顯示,在23-30 kV管電壓范圍內(nèi),,Pb的峰計(jì)數(shù)和背景計(jì)數(shù)均隨電壓升高而增加,,表明提高電壓有助于提升Pb的檢測(cè)精度,但也會(huì)增加背景干擾,。
圖2表明,,Pb的峰背比在27-28 kV間達(dá)到峰值,因此實(shí)驗(yàn)選用28 kV作為Pb的激發(fā)電壓,。
02
濾光片的選擇
為研究濾光片選擇對(duì)Pb元素檢測(cè)的影響,,選用 FP(Theoretical)法,結(jié)果見表1,,譜線圖使用Wintrace合并后如圖3所示。


圖3中,1號(hào)線為“No Filter”未使用濾光片,,顯示Rh靶的特征譜疊加在連續(xù)譜上,產(chǎn)生特征X射線干擾,Pb等元素的峰與干擾峰重疊,。
2號(hào)線和3號(hào)線分別使用Pd Thin和Pd Medium濾光片,,降低了5-10 keV段的干擾,,但10-15 keV段干擾仍嚴(yán)重。
白色實(shí)心圖形為使用Pd Thick濾光片的峰圖形,,濾光片去除了靶材譜線干擾,,本底控制良好,峰型全部分開,,Pb元素特征譜線未受干擾,。
綜合分析,選擇Pd Thick濾光片適合作為Pb元素檢測(cè)的濾光片,。
03
測(cè)試時(shí)間的選擇
為研究不同測(cè)試時(shí)間下的 Pb 含量測(cè)試結(jié)果差異,使用了兩個(gè)不同濃度的顆粒樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn),, 同時(shí)考察測(cè)試時(shí)間對(duì)濃度高低不同樣品的影響 ,。
分 別 選 擇 檢 測(cè) 時(shí) 間 為30s、40s,、50s,、60s、70s,、80s,、90s。每個(gè)時(shí)間條件,,進(jìn)行30次測(cè)量,,結(jié)果見表2,譜線圖合并對(duì)比如圖4,、圖 5所示,。


表2數(shù)據(jù)顯示,60s和70s的SD和RSD最小,,精密度和準(zhǔn)確度最高,。
圖4顯示,當(dāng)測(cè)試時(shí)間達(dá)到60s時(shí),,峰背比曲線達(dá)到峰值,,Pb含量接近標(biāo)準(zhǔn)值,,與表2結(jié)果一致,。
圖5表明,最佳測(cè)試時(shí)間為60-70s,此時(shí)測(cè)量值接近標(biāo)準(zhǔn)值,。
綜合以上結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),,測(cè)試時(shí)間在理論上取決于分析元素的濃度及檢出限,但是在儀器計(jì)數(shù)率足夠的情況下,,增加測(cè)試時(shí)間,,并不能顯著提高測(cè)試準(zhǔn)確度。
實(shí)際工作中,,測(cè)試時(shí)間還影響測(cè)試的效率及X光管的壽命,,在考慮數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性同時(shí)兼顧工作效率和經(jīng)濟(jì)效益的情況下,本次實(shí)驗(yàn)選擇測(cè)試時(shí)間為60s,。
04
標(biāo)準(zhǔn)樣品是否含Cl的選擇
塑膠樣品主要由C,、H元素組成,其中PVC類產(chǎn)品含氯高,,產(chǎn)生的吸收增強(qiáng)效應(yīng)對(duì)Pb含量測(cè)定產(chǎn)生干擾,。
在28V、Pd Thick濾光片,、測(cè)試時(shí)間50s的條件下,,將譜圖重疊觀察。
圖6中,,白色線條為不含Cl樣品譜圖,,白色實(shí)心部分為含Cl樣品譜圖。
不含Cl樣品各元素峰高及峰面積均大于含Cl樣品,。


表3數(shù)據(jù)顯示,,在Cl元素作用下,Pb元素計(jì)數(shù)值下降近50%,。
在實(shí)際檢測(cè)中,,可以使標(biāo)準(zhǔn)樣品的化學(xué)組成與待測(cè)樣品盡量保持一致,減小吸收增強(qiáng)效應(yīng)帶來的影響,。
05
準(zhǔn)確度及精密度實(shí)驗(yàn)
進(jìn)行30次平行測(cè)量,,所得測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度見表5。

由表5可以看出,,Pb含量測(cè)定值與參考值相近,,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差最大為1.62%,滿足測(cè)試要求,。
06 討論
通過對(duì)管電壓,、測(cè)試時(shí)間、濾光片等因素對(duì)Pb含量測(cè)試影響的研究,,建立了能量色散X射線熒光法檢測(cè)進(jìn)出口玩具中Pb含量的分析方法,。
ED-XRF方法用于測(cè)定塑膠顆粒,測(cè)試結(jié)果與標(biāo)稱值相近,能滿足對(duì)塑膠玩具及生產(chǎn)原料的快速檢測(cè)要求,。
相關(guān)產(chǎn)品
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