EDXRF分析废水溶液中Cd元素的检测条件的MC模拟

作     者：廖先莉 赖万昌 马书豪 唐琳 LIAO Xian-li;LAI Wan-chang;MA Shu-hao;TANG Lin

作者机构：成都理工大学核技术与自动化工程学院四川成都610059 成都大学电子信息与电气工程学院四川成都610106 矿冶科技集团有限公司矿山工程研究设计所北京102600 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2025年第45卷第2期

页      面：403-409页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070302[理学-分析化学] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家重点研发项目(2017YFC0602105) 国家自然科学青年科学基金项目(12305214)资助 

主　　题：能量色散X射线荧光光谱分析(EDXRF) 蒙特卡罗模拟 快速检测 重金属 废水溶液 

摘      要：工业废水排放是造成水系中重金属元素Cd污染的重要因素,如排放不当可能会造成严重的环境污染,人长期食用Cd污染环境中的农作物或者水生生物,会引起各类疾病,对身体造成严重的伤害,所以及时检测重金属元素Cd含量对工业废水的处理与排放十分重要。与传统检测方法比,能量色散X射线荧光(EDXRF)分析具有速度快、不损坏样品、操作简单、仪器体积小等优点,更加适合应用在工业废水处理现场,实现对工业废水中重金属元素的快速检测,为工业废水的处理提供依据。开展EDXRF法现场快速检测工业废水中Cd元素含量影响因素的研究,检测对象是未经处理流动的工业废水,为了不影响工艺流程,废水样品将流过一段工艺管道,EDXRF检测装置将安装在工艺管道外部,推导了管道为方形管道,X射线源和探测器分别垂直位于方形管道两个相邻平面时,X射线荧光分析的数学模型,仿真分析了不同管道几何参数和“源-样-探几何位置对待测元素Cd特征X射线照射量率的影响,通过蒙特卡罗方法模拟验证理论分析的准确性,并得出方形管道样品的最佳激发-探测装置及其优化参数。文中根据建立的数学模型进行MATLAB仿真研究,工业废水溶液设定为Cd元素浓度为100000μg·mL^(-1),介质为浓度为1.09 mol·L^(-1)的HNO3的溶液,设定入射光射线能量为40 keV,带入参数计算,得到管道壁材料、管道壁厚、探测器高度、X射线源水平距离对标样中待测元素Cd特征X射线照射量率变化趋势的影响。同时建立蒙特卡罗模型,模拟研究了源出口到样品侧面水平距离与准直器直径、“源-样距离、“样-探距离、探测器高度、管道壁厚度和管道壁材料对样品中待测元素Cd特征峰净峰面积和峰背比的影响,得到管道壁厚度在工艺允许的条件下尽可能的薄,常见管道材料选择聚丙稀酸脂塑料作为管道材料更佳,“样-探距离为1mm,“源-样距离和探测器高度在客观条件,比如器件几何尺寸,器件固定条件等允许的情况下,越小越好,当源出口到样品侧面水平距离为2.8 mm,准直器直径为2 mm,Cd的特征峰的峰背比和净峰面积会有一个最佳值。