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TXRF與環境化學監測

2019-08-16

利用 Bruker S2 Picofox 進行工業區周邊環境監測

 

 

S2 PICOFOX 是全世界第一款採用全反射 X 光螢光光譜儀技術,可快速針對液體、懸浮液、固體和汙染物,進行定量、半定量、多重元素微量分析的移動式桌上型光譜儀。其偵測極限可達到 ppbppm 的等級,讓 S2 PICOFOX 非常適合進行微量元素分析的作業。

 

各國對於工業與汙染生態環境議題越趨重視,並且在廢棄物排放都有嚴格的要求,以往用 ICP 這類傳統方法進行下水道內重金屬的測試,通常需要使用具有危險性的化學藥品來將樣品完全溶解,使用 S2 PICOFOX 就完全不需要進行非常耗時且屬於破壞性的樣品準備步驟,對於一些主要元素 (如鉻、砷、鉛) 的可偵測濃度都遠低於常見的臨界值,加上樣品準備方式非常簡單,因此可快速得到結果並且立即、連續地對受可能受汙染的地區進行環境監測。

 

下面為摘取自期刊Measurement science and technology,以 TXRF 技術應用在工業區化學物質環境監測,並與通常使用 AAS 分析方法做比較,所得結果之再現性表明兩種技術之間的高度一致性,突顯了 TXRF 設備的多功能性以及允許更快速的元素檢測。

 

地衣 (lichen) 通常被用作生物監測器來檢查環境污染,因為它們能夠利用空氣中的微量元素富集其組織。大氣氣溶膠微粒 (Atmospheric aerosol particles) 粒徑在 0.1nm~100μm,具有膠體性質並對光線有散射作用,來源有工業排放、交通工具與海洋排放等。氣溶膠因其來源的不同成份相當複雜,在工業區排放可能含有多種金屬元素外也含有燃燒後所產生的多環芳香族 (PAH) 等有機化合物,在交通繁忙之都市中則大部份含有汽車燃燒所排含碳粒子之碳氫化合物如苯、甲苯或多環芳香族化合物光化反應後之含氮氧之 PAN (Peroxyacetyl nitrate)  PPN (peroxypropionyl nitrate) 等二次污染源 (Secondary pollutant) ,對環境污染和人體健康有很大影響,其毒性已被廣泛證實。(國家教育研究院,2002)

 

( image source: Institut für Angewandte Geowissenschaften, Technische Universität Darmstadt ) 

 

這項研究在義大利北部 Brescia 附近一處非常工業化區域收集了 24 個地衣樣本,並透過 AAS TXRF 進行 6 種元素的分析與比較。作為研究的生物蓄積器選擇地衣品種  Xanthoria parietina。

 

下圖顯示了在地衣樣品上收集的典型 TXRF 光譜:K、S、Ca、Ti、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Cl、Br、Sr、Pb、RbAs 信號,可以看到模式中檢測到的所有元素都可以同時顯示和識別,從而實現簡單快速的定性分析(每個樣本 10 個),此外利用內標程序,可以獲得所有檢測元素的定量結果。 

 

(Borgese et al, 2009)

 

對於六種不同的金屬:Fe、Ni、Mn、Cu、Zn Pb,比較了使用認證實驗室的 AAS 儀器和 TXRF 儀器進行的定量分析的結果,AAS TXRF 都存在誤差,但仍可以初步觀察到這些數據集之間存在非常好的一致性,特別是對於最高量的金屬:Fe、Zn、Cu、Mn ( 如下圖 )。

 

 

 

reference

Borgese, L., Zacco, A., Bontempi, E., Colombi, P., Bertuzzi, R., Ferretti, E., Tenini, S., Depero, L. E. (2009). Total reflection of x-ray fluorescence (TXRF): a mature technique for environmental chemical nanoscale metrology. Measurement science and technology20(8), 084027.

 

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