غربالگری در محل فلزات سنگین در خاک با استفاده از دستگاه XRF پرتابل Niton XL5 Plus

آنالیز خاک با دستگاه XRF پرتابل Niton XL5 Plus

مقدمه

آلودگی خاک به فلزات سنگین به دلیل اثرات مخرب آن بر کیفیت مواد غذایی، آب‌های زیرزمینی، میکروارگانیسم‌ها و رشد گیاهان به یک نگرانی مهم زیست‌محیطی تبدیل شده است.

منابع اصلی این آلودگی‌ها شامل فعالیت‌های انسانی مانند معدن‌کاری، ذوب فلزات، ترافیک، کشاورزی، فعالیت‌های خانگی و صنایع آهن، فولاد و شیمیایی می‌شود.

آگاهی زیست‌محیطی در سراسر جهان افزایش یافته و دانش بیشتری در مورد اثرات مضر فلزات سنگین در دسترس است.

در نتیجه، فشار عمومی در سراسر جهان منجر به وضع مقررات سختگیرانه‌تری شده است:

محدودسازی انتشار فلزات سنگین در فعالیت‌های صنعتی یا معدنی
لزوم ارزیابی ریسک و نظارت بر زمین‌های کشاورزی، مناطق مسکونی، تجاری و صنعتی که احتمال آلودگی دارند

این قوانین منجر به اجرای محدودیت‌های قانونی برای میزان فلزات سنگین شده است.

اکنون، سایت‌ها باید به سرعت مورد ارزیابی قرار گیرند تا تطابق با مقررات را تضمین کنند.

خوشبختانه، دستگاه‌های XRF پرتابل با قابلیت تست‌های در محل و با تراکم بالا، ابزاری ایده‌آل برای نقشه‌برداری از آلودگی، تعیین وسعت و مرزهای آلودگی، و تدوین استراتژی‌های پاک‌سازی هستند.

همچنین، XRF دستی می‌تواند برای غربالگری اولیه نمونه‌ها قبل از ارسال به آزمایشگاه مورد استفاده قرار گیرد.

ویژگی‌های دستگاه و قابلیت‌ها

دستگاه Niton XL5 Plus دارای ویژگی‌های پیشرفته‌ای است که عملکرد و بهره‌وری تحلیل خاک را بهبود می‌بخشد:

منبع اشعه X پیشرفته: این دستگاه دارای تیوب اشعه X با توان ۵ وات و ولتاژ ۵۰ کیلوولت است که دقت بالایی در آنالیز فلزات سنگین ارائه می‌دهد.
دتکتور SDD (Silicon Drift Detector): فناوری پیشرفته دتکتور باعث افزایش حساسیت و کاهش نویز می‌شود.
حالت آنالیز “Soils Mode”: این حالت قادر است عناصر از سولفور یا گوگرد (S) تا اورانیوم (U) را اندازه‌گیری کند و از ترکیب سه فیلتر مختلف برای بهبود دقت استفاده می‌کند.
الگوریتم Fundamental Parameter (FP): این الگوریتم با در نظر گرفتن تغییرات ترکیب نمونه، اثر جذب و تحریک ثانویه را تصحیح می‌کند و نتایج دقیقی ارائه می‌دهد.
قابلیت سفارشی‌سازی پارامترها: کاربران می‌توانند زمان اندازه‌گیری، آستانه‌های قبول/رد Pass/Fail، قالب نمایش داده‌ها و تنظیمات دیگر را سفارشی کنند.
GPS داخلی و بلوتوث: امکان مدل‌سازی و نقشه‌برداری مکانی آلودگی با GPS داخلی و اتصال به GPS خارجی از طریق بلوتوث.
قابلیت ارتباطی مدرن: داده‌ها را می‌توان از طریق USB، Wi-Fi یا بلوتوث به کامپیوتر منتقل کرد.

روش‌های آنالیز خاک

۱. روش درجا (Point-and-Shoot)

دستگاه مستقیماً روی سطح خاک قرار گرفته و پس از حذف زباله‌ها، سنگ‌های کوچک یا گیاهان، آنالیز انجام می‌شود.
این روش مناسب غربالگری سریع و تعیین نقاط داغ آلودگی است.
برای جلوگیری از آلودگی پنجره دستگاه، استفاده از محافظ خاک (Soil Guard) توصیه می‌شود.

۲. روش تهاجمی (Intrusive Mode)

نمونه خاک برداشته شده، همگن‌سازی، آسیاب و در صورت نیاز خشک می‌شود.
نمونه پودر شده در کیسه یا کاپ نمونه‌گیری قرار گرفته و در پایه تست قرار می‌گیرد.
این روش دقت بالاتری دارد و قادر است حد تشخیص (LOD) پایین‌تری را برای عناصر اندازه‌گیری کند.

روش آنالیز خاک با دستگاه XRF پرتابل Niton XL5 Plus

عملکرد تحلیلی و حساسیت دستگاه

✅ در ۲۵ سال گذشته، حساسیت دستگاه‌های XRF در تشخیص فلزات سنگین بهبود چشمگیری یافته است.
✅ Niton XL5 Plus در مقایسه با نسل‌های قبلی خود حساسیت بی‌سابقه‌ای دارد.
✅ حد تشخیص (LOD) برای فلزات جیوه (Hg) و کادمیوم (Cd) کمتر از ۱۰ ppm در زمان کمتر از ۲۰ ثانیه است.
✅ در صورت استفاده از نمونه‌های همگن و مناسب، دستگاه می‌تواند نتایج بسیار دقیقی ارائه دهد.

مزایای Niton XL5 Plus در آنالیز خاک

✔ اندازه‌گیری فلزات سنگین با حساسیت بالا و حد تشخیص پایین
✔ دریافت داده‌های دقیق آزمایشگاهی در محل، بدون نیاز به آماده‌سازی پیچیده نمونه
✔ کاهش هزینه‌های ارسال نمونه به آزمایشگاه از طریق غربالگری اولیه
✔ تعیین میزان آلودگی در مناطق ساختمانی برای جلوگیری از تأخیر در پروژه‌ها
✔ پایش پروژه‌های احیای زمین‌های آلوده (Brownfield Remediation)
✔ بررسی سطح آلودگی قبل از حفاری برای کاهش حجم خاک استخراج‌شده
✔ ثبت تصاویر و مستندات آلودگی برای تصمیم‌گیری‌های زیست‌محیطی

روش EPA ایالات متحده 6200 و استاندارد ISO 13196 XRF دستی را به عنوان یک روش قابل قبول برای تجزیه و تحلیل خاک معرفی کرده اند.

برای بیش از 25 سال، آنالایزرهای XRF دستی Niton از متخصصان محیط زیست، دانشگاه ها، صنایع و تنظیم کننده ها در غربالگری و تعیین کمیت فلزات سنگین در خاک و رسوبات حمایت کرده اند.

حالت Niton XL5 Plus Soils می تواند عناصری از گوگرد تا اورانیوم را با استفاده از حداکثر سه ترکیب مختلف فیلتر و ولتاژ اندازه گیری کند.

این ترکیبات نسبت سیگنال به نویز خطوط فلورسانس را در کل محدوده انرژی بهبود می بخشد.

حالت خاک Soil Mode از الگوریتم پارامتر اساسی Fundamental Parameter (FP) اختصاصی برای ارائه نتایج دقیق استفاده می کند.

این الگوریتم تنوع بالای ترکیب نمونه را با در نظر گرفتن اثرات جذب و تحریک ثانویه ناشی از ماتریس در نظر می گیرد.

آنالایزر Niton XL5 Plus نتایج را در زمان واقعی روی صفحه نمایش می دهد

عملکرد تحلیلی

حساسیت

در طول 25 سال گذشته، پیشرفت قابل توجهی در زمینه حساسیت برای تشخیص فلزات سنگین در خاک صورت گرفته است.

شکل 3 محدودیت های تشخیص آنالایزر XRF مختلف Niton (LOD) را برای عناصر Cr، Ni، Cu، Zn، Hg، As، Se، Pb، Cd، Sn، Sb و Ba نشان می دهد.

توسعه مداوم فناوری منابع اشعه ایکس، آشکارسازها و وسایل الکترونیکی LOD برای این عناصر را یک تا دو مرتبه افزایش داده است.

دستاورد حساسیت XRF دستی Niton XL5 Plus در مقایسه با نسل‌های قبلی بی‌سابقه است.

این حساسیت به ویژه برای شناسایی فلزات سنگین موجود در غلظت های پایین مانند جیوه یا کادمیوم مفید است.

کاربران اکنون می توانند این فلزات سنگین را زیر ده قسمت در میلیون (ppm) در زمان های اندازه گیری نسبتاً کوتاه 20 ثانیه یا کمتر در هر فیلتر شناسایی کنند.

شکل 3. حد تشخیص (60 ثانیه در هر فیلتر) در ppm در سیلیس خالص برای انتخاب فلزات سنگین. آنالایزر XRF دستی Niton XL5 Plus

(2021) در مقابل محصولات قدیمی: XL3t GOLDD+ (2010)، XL3t (2007)، XLt 792 (2003) و XL 723S (1997).

حد تشخیص دستگاه XRFپرتابل Niton جهت آنالیز خاک

دقت

آنالیز درجا In-situ analysis در حالت نقطه و شلیک point-and-shoot modeمعمولاً به نتایج کیفی یا نیمه کمی منجر می شود.

این نتایج ممکن است برای ارزیابی وجود/عدم آلودگی فلزات سنگین یا تعیین منطقه ای با غلظت بالا در مقابل کم کافی باشد.

با این حال، در تجزیه و تحلیل نمونه خاک، مهم ترین عدم قطعیت از خود فن آوری یا روش تحلیلی (تکنیک های مبتنی بر آزمایشگاه یا XRF دستی) نشات نمی گیرد.

این عدم قطعیت از فرآیند نمونه برداری ناشی می شود که ممکن است به طور ناکافی توزیع فضایی آلاینده ها را نشان دهد.

از این رو، اختلاط کامل نمونه، ربع بندی quartering، کاهش اندازه ذرات و همگن سازی پیش شرط هایی برای به دست آوردن نتایج کمی دقیق هستند.

هنگامی که نمونه ها همگن و معرف هستند، حالت خاک آنالیزور نتایج فوق العاده دقیقی را از محتوای فلزات سنگین خارج از جعبه ارائه می دهد.

شکل 4 همبستگی مثبت بین مقادیر تایید شده و اندازه گیری شده برای V، Cr، Cu، Zn، As، Cd، Hg و Pb را نشان می دهد که در تجزیه و تحلیل مجموعه ای از 28 ماده مرجع استاندارد تجاری موجود برای غلظت های متفاوت از چند تا چند هزار قسمت در میلیون (ppm) به دست آمده است.

شکل 4. نمودارهای همبستگی Correlation plots بین مقادیر تایید شده و اندازه گیری شده با استفاده از آنالایزر XRF دستی Niton XL5 Plus (زمان اندازه گیری 30 ثانیه برای هر فیلتر) برای V، Cr، Cu، Zn، As، Cd، Hg و Pb در مجموعه ای از 28 ماده مرجع استاندارد پودر خاک.

نمونه ها در کاپ های مجهز به یک فیلم پلی پروپیلن 4 میکرومتر معرفی شدند.

نمودار همبستگی XRF XL5 Thermo Fisher Scientific Niton

نتیجه‌گیری

استفاده از XRF دستی Niton XL5 Plus به متخصصان زیست‌محیطی، سازمان‌های نظارتی و شرکت‌های عمرانی این امکان را می‌دهد که تصمیم‌گیری‌های سریع، آگاهانه و مبتنی بر داده‌های دقیق داشته باشند.

.این دستگاه می‌تواند هزینه‌های آزمایشگاهی را کاهش داده، فرآیندهای پایش آلودگی را بهینه کند و در نتیجه کارایی و بازگشت سرمایه را افزایش دهد.

لیست مقالات

مقالات