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《中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)》 2016年
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上海光源BL14W1线站TXRF方法的发展及其在水样的应用研究

王龙龙  
【摘要】:由于环境水资源污染问题变得越来越严重,而水质量的好坏对人类的生存与健康起着关键的作用,因此,水中痕量重金属元素的检测变得十分重要。全反射X射线荧光(TXRF)方法由于其具有无损检测,需样量少,定量简单,检测限低,可多元素同时分析和灵敏度高等优点,它在微量痕量元素分析中扮演着越来越重要的角色。同步辐射光源的应用为TXRF方法提供了新的发展,SR-TXRF成功结合了同步辐射光源的高通量、宽能谱、高准直、能量可调及线偏振等特点和TXRF的固有优势,极大地提升了元素的分析灵敏度和降低了元素的探测极限,为超痕量元素的分析提供了可能性。基于上海光源BL14W1线站掠入射XAFS实验装置,发展了SR-TXRF实验方法,并将其应用在定量测定水样中痕量金属元素含量方面的研究中。本论文主要工作和取得的研究成果可以分为以下两大部分:论文第一部分“上海光源BL14W1线站TXRF方法的实现及其检测限的测定”包括了实验装置的搭建,实验方法的可行性验证和检测限的测量,主要内容如下:(1)、在BL14W1线站掠入射XAFS装置的基础上,通过将反射体的固定方向由竖直方向改成水平方向,旁侧固定的荧光探测器变成竖直方向,实现了SR-TXRF装置的搭建。水平方向固定的反射体能够很好的利用Wiggler光斑的形状并通过改造样品架实现了TXRF测量。从空白样谱和标准水样的荧光谱来看,荧光谱的背底信号很低而元素荧光信号强度很高,证明了TXRF能够提高元素的探测灵敏度和降低元素检测限;(2)、对于SR-TXRF实验过程中,由于同步辐射光斑大小有限,为了使其覆盖样斑,本文中利用了一种硅烷偶联剂表面处理方法对基底材料表面修饰,实现了使亲水性的基底表面改性成疏水性表面,样斑尺寸大大减小,能够被同步辐射光斑完全覆盖,满足了实验的要求;(3)、测量了一组多元素标准水样,得到SR-TXRF实验装置的最小检测限。在积分时间1000秒,样品体积10μl的情况下,元素的最小检测限对于K系列的变化范围是从Cr(1.11 pg)至Zn(0.28 pg),此探测能力与国际同类装置处于同等水平,也说明了BL14W1线站SR-TXRF方法的可行性及其有能力进行水样痕量元素检测方面的应用研究。论文的第二部分介绍的是SR-TXRF方法在水样方面的应用。研究主要分为:(1)全定量测定了多元素水标样中金属元素的含量,实验过程采用内标法,内标元素是Ga。首先求出了元素的相对灵敏度因子值,其次通过解谱软件Pymca拟合得出了元素的净荧光信号强度,由定量公式计算得到了待测元素的浓度值。实验结果证明实验的精度很高,平行样的重复性很好,相互之间的偏差变动系数小于5%。将SR-TXRF实验结果与ICP-MS相对比,两者之间的相对偏差系数小于10%,说明两种实验结果基本相一致,SR-TXRF实验的准确度也很高;(2)、以多元素水标样为目标样品,对比了以硅片和石英玻璃片为基底材料测定的元素含量的半定量结果,发现使用不同的基底材料对SR-TXRF实验结果没有大的影响;(3)、半定量测定了国际原子能机构提供的两种罗宾逊水样,由实验结果说明水样品1的实验精度很高,水样品2的实验精度稍差,原因可能是内标元素添加的原始浓度值偏小引起的。综上所述,本文在上海光源BL14W1线站成功发展了SR-TXRF方法,利用此实验装置高精确地测定了水样痕量金属元素的含量,并且得到了pg量级以下的检测限,为上海光源BL14W1线站的发展和环境领域水样检测提供了宝贵的研究经验。
【关键词】:同步辐射 TXRF 痕量元素 定量分析
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(上海应用物理研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:X832
【目录】:
  • 摘要5-7
  • Abstract7-11
  • 第一章 绪论11-21
  • 1.1 全反射X射线荧光技术12-14
  • 1.2 TXRF技术在定量测定水中微量元素含量的应用14-16
  • 1.3 同步辐射TXRF技术在水样测定的应用及其国内外研究现状16-18
  • 1.4 上海光源BL14W1线站简介18-19
  • 1.5 本课题研究内容19-21
  • 第二章 BL14W1线站TXRF方法的发展及检测限的测量21-33
  • 2.1 TXRF装置的搭建及其样品台支架的改造21-25
  • 2.2 TXRF实验基底材料表面预处理过程25-28
  • 2.2.1 基底材料表面清洗过程25-26
  • 2.2.2 基底材料表面硅烷化处理过程26-28
  • 2.3 TXRF实验样品制备过程28
  • 2.4 TXRF的实验过程与最小检测限的测定28-31
  • 2.5 本章小结31-33
  • 第三章 TXRF方法在定量测定水中微量元素含量的应用研究33-47
  • 3.1 多元素水标样TXRF实验33-41
  • 3.1.1 元素的相对灵敏度因子的测量33-36
  • 3.1.2 多元素水样的TXRF定量结果与分析36-39
  • 3.1.3 TXRF与ICP-MS实验结果的对比与分析39-40
  • 3.1.4 实验小结40-41
  • 3.2 多元素水标样使用不同基底材料测得的TXRF实验结果对比与讨论41-42
  • 3.3 国际原子能机构提供的罗宾逊水样的实验结果与分析42-45
  • 3.4 本章小结45-47
  • 第四章 总结与展望47-49
  • 参考文献49-55
  • 致谢55-57
  • 攻读硕士学位期间发表的文章57

【参考文献】
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