T/ACEF 232-2025 土壤重金属便携式XRF检测仪技术要求和现场应用

　　ICS 13.020 CCS Z 04

　　团 体 标 准

　　T/ACEF 232-2025

　　土壤重金属便携式 XRF 检测仪技术要

　　求和现场应用

　　Technical guidelines and on-site applications of portable XRF analyzers for heavy metal detection in soil

　　2025-12-02 发布 2025-12-02 实施

　　中 华 环 保 联 合 会 发布

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　　前 言

　　本文件按照 GB/T1.1-2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国科学院南京土壤研究所提出。

　　本文件由中华环保联合会归口。

　　本文件起草单位： 中国科学院南京土壤研究所、生态环境部环境规划院、生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心、北京市农林科学院信息技术研究中心、江苏萤火虫环境科技有限公司、杭州谱育科技发展有限公司、苏州佳谱科技有限公司、福州高新区冶地生态环境科技有限公司。

　　本文件主要起草人：吴龙华、李柱、毕德、刘孝阳、郜允兵、师华定、郭观林、赵亚楠、宋硙、高志帆、王晶晶、刘瑞平、魏楠、王宏、刘小彦、焦银河、何宇宁、郭腾飞。

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　　土壤重金属便携式 XRF 检测仪技术要求和现场应用方法

　　1 范围

　　本文件规定了土壤重金属便携式 XRF 检测仪的组成结构、技术要求、性能指标、检测和现场应用方法。

　　本文件适用于土壤中镍、铜、锌、铅、砷、汞、铬、镉等重金属便携式 XRF 检测仪的设计、生产和现场检测应用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3. 1

　　仪器检出限 instrument detection limit

　　仪器在给定的置信度内可从样品中定性检出待测物质的最小浓度。

　　3.2

　　定量测量重复性 quantitative measurement repeatability

　　在一组重复性测量条件下，基于待测组分仪器示值的测量精密度，用仪器连续多次测量同一标准物质时基于某一或多个待测组分仪器示值的相对标准偏差表示。

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　　3.3

　　便携式 XRF 检测仪 portable X-ray spectrometer

　　用于现场土壤重金属检测的便携式或手持式的能量色散 X 射线荧光光谱检测仪。

　　3.4

　　基本参数法 fundamental parameter approach

　　将入射 X 射线光谱能量分布、元素荧光射线产生、探测过程中的物理现象建立基本参数库和数学模型，通过对质量吸收系数、谱线分数、荧光产额、背景扣除、探测器效应等计算，得到土壤样品中各元素理论强度与含量值的方法。

　　3.5

　　经验系数法 empirical coefficient method

　　由一系列标准样品所测得强度和含量值，通过回归校正计算而确定样品基体对待测元素影响系数的方法。

　　4 仪器原理与组成

　　4. 1 仪器原理

　　X 射线管启动后产生入射 X 射线激发被测样品中的目标元素， 目标元素受激发释放荧光 X 射线。不同元素受到激发时释放出的荧光 X 射线具有该元素特定的波长和能量特性，即特征 X 射线荧光光谱。荧光光谱探测系统收集、测量特征 X 射线荧光的谱峰位置和能量强度，通过与仪器配套的数据处理软件将荧光光谱探测系统收集到的荧光信息转换成样品中待测元素的种类及含量信息。

　　X 射线荧光光谱法采用相对分析方法，光谱仪提供 X 射线荧光的强度，结合标准样品，找到荧光强度与样品浓度的关系，根据元素的浓度和已测该元素的特征谱线强度按一定关系拟合绘制工作曲线，再以该工作曲线为基础测试同类型样品元素的组成和含量。

　　便携式 XRF 仪器分为基于光学晶体的单色激发便携式 XRF 仪器和基于金属滤光片的多色便携式或手持式 XRF 仪器，前者拥有更高的检测灵敏度。

　　4.2 仪器组成

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　　4.2. 1 仪器应由X 射线管、探测器、高压电源、光学系统、数字脉冲处理器和算法与软件组成。

　　4.2.2 X 射线管应用于产生激发 X 射线，便携式 XRF 检测仪功率不宜大于 50 瓦，手持式XRF 检测仪功率宜小于 10 瓦，端窗和侧窗均可，阳极靶材可选用钨、铑和银等。

　　4.2.3 探测器宜采用硅漂移(SDD)半导体探测器或 Si-PIN 半导体探测器。

　　4.2.4 高压电源应给 X 射线管提供电源供给，最大电压宜为 50-65 KV ，手持式的宜与 X 射线管集成在一体。

　　4.2.5 光学系统可选用单色化光学晶体或金属滤光片。

　　4.2.6 数字脉冲处理器 d 的 MCA 不应少于 2048 个通道。

　　4.2.7 算法与软件应包括谱图解析、基体效应校正和测试功能软件模块。

　　5 仪器技术要求

　　5. 1 一般要求

　　5. 1. 1 铭牌上应标有名称、型号、生产单位、出厂编号、制造日期等信息。

　　5. 1.2 仪器表面应完好无损，无明显缺陷，各零、部件连接可靠，各操作键、按钮使用灵活，定位准确。

　　5. 1.3 仪器主机面板应显示清晰，涂色牢固，字符、标识易于识别，无影响读数的缺陷。

　　5. 1.4 仪器外壳或外罩应耐腐蚀、密封性能良好、防尘、防雨。

　　5. 1.5 包装应完整且内容物(产品组成)齐全，应包含产品合格证和中文使用说明书;

　　5. 1.6 使用说明书内容应清晰、完整，包括简介、适用范围、检测时间、检测原理、产品组成、试剂设备、注意事项、样品处理、操作环境、检测步骤、检出限或定量限、安全性说明等;

　　5. 1.7 便携式仪器质量宜小于 10 kg ，手持式仪器质量宜小于 3 kg。

　　5. 1.8 电池宜为内置电池，手持式可由用户更换，可供设备工作不少于 4 小时。

　　5. 1.9 仪器光路系统设计宜采用独立的散热系统或光路散热器可直接外置，光管产生的热量可直接导出仪器外部。

　　5.2 工作条件

　　仪器应在下列条件下正常工作：

　　a) 环境温度：(-15～50)℃;

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　　b) 相对湿度：≤85%;

　　c) 大气压：(80～106)kPa;

　　d) 供电电压：AC(220±22)V ，(50±1)Hz 。可使用 DC 24 V 电源。

　　5.3 安全要求

　　5.3. 1 辐射当量

　　在测定过程中，X 射线辐射计量当量率应小于 0.2uSv/h。

　　5.3.2 辐射屏蔽

　　仪器应具有 X 射线辐射安全保护功能，在无样品空测、测试盖被打开时或手持检测未对准样品时应自动关闭 X 射线管。

　　5.3.3 辐射提示

　　仪器在进行样品测试时，应有辐射警告指示灯闪烁。

　　5.4 功能要求

　　5.4. 1 自动进行能量刻度校准;

　　5.4.2 可显示、存储、输出监测数据和报表;

　　5.4.3 宜集成 WiFi 或蓝牙的数据传输功能;

　　5.4.4 仪器集成彩页显示屏，且在日光下可正常观看;

　　5.4.5 可设置系统时间和检测时间。

　　5.5 测试时间

　　取单个样品按照检测仪说明书要求，从样品装样开始计时，记录整个过程的操作时间，重复操作 3 次计算平均时间(min)，测试时间应小于 15 分钟。

　　6 仪器性能指标

　　6. 1 检出限

　　建设用地土壤重金属污染物检测时，便携式 XRF 检测仪的检出限应低于 GB36600 中规定的目标污染物风险筛选值最小值的 1/3;农用地土壤重金属污染物检测时，检测仪的检出限应低于 GB15618 中规定的目标污染物风险筛选值最小值的 1/3。

　　6.2 精密度

　　方法精密度检测宜采用包含镍、铜、锌、铅、砷、汞、镉、铬等重金属的土壤标准物

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　　质计算 6 次平行测定值的相对标准偏差(RSD)，RSD 应符合表 1 要求。

　　表 1 元素检测方法精密度和正确度允许范围

　　6.3 正确度

　　与土壤标准物质的标准值含量相比，6 次测定平均值与定值的相对误差(RE)应符合

　　表 1 要求。

　　7 检测方法

　　7. 1 检出限

　　检测仪处于正常工作状态下，连续6次测量空白样品或合适重金属元素含量的样品，应以6次检测信号标准差3倍对应的重金属元素含量为检出限(LOD) 。方法检出限及测量下

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　　限数值可参考附录A 。标准偏差以质量分数计，单位为毫克每千克( mg/kg) ，应按式(1)计算。LOD均以质量分数计，单位为毫克每千克(mg/kg)，应按式(2)计算。

　　s

　　式中：

　　s —— 标准偏差，单位为毫克每千克(mg/kg);

　　xi —— 单次测定值，单位为毫克每千克(mg/kg);

　　x —— 测定平均值，单位为毫克每千克(mg/kg);

　　n —— 测定次数，取值 6。

　　LOD = 3s / b ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙ ∙(2)

　　式中：

　　LOD —— 元素检出限，单位为毫克每千克(mg/kg);

　　s —— 标准偏差，单位为毫克每千克(mg/kg);

　　b—— 工作曲线斜率。

　　7.2 精密度

　　检测仪处于正常工作状态下，对背景土壤样品连续测定6次，并用校准曲线计算测定

　　值，计算6次样品测定值的RSD 。精密度取值可参考附录D ，单位为百分率(%) ，按式(3)计算。

　　RSD

　　式中：

　　RSD——相对标准偏差，单位为百分率(%);

　　xi ——单次测定值，单位为毫克每千克(mg/kg);

　　x ——测定平均值，单位为毫克每千克(mg/kg);

　　n ——测量次数，取值 6。

　　7.3 正确度

　　检测仪处于正常工作状态下，对土壤标准样品连续测定 6 次取平均值，并用校准曲线计算测定值，计算相对偏差(RE)，单位为百分率(%)，按式(4)计算。

　　RE

　　式中：

　　RE——相对偏差，单位为百分率(%);

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　　x0——标准物质的标定值，单位为毫克每千克(mg/kg)。

　　7.4 校准曲线

　　应使用土壤和沉积物标准物质建立校准曲线，宜采用基本参法或经验系数校正法，校正样品的基体效应影响;建立校准曲线的标准物质中元素的浓度范围应覆盖土壤环境质量标准中重金属风险筛选值和管制值要求;基本参数法校准曲线应采用5个不同含量的标准物质，经验系数法校准曲线，应采用15个不同含量的标准物质。

　　7.5 谱线重合校正

　　仪器应具备谱线解析与重复干扰校正功能。方法检出限和测定下限可参照附录 A。

　　7.6 质控与校准

　　仪器应配备土壤或沉积物的标准物质用于质控，宜每天对仪器进行质控样确认，数据结果与标准结果偏差不超过20%即为合理范围，结果不在合理范围内，用户可重新校准。

　　8 现场应用

　　8. 1 一般要求

　　8. 1. 1 场地信息收集

　　通过对污染场地事先的调查，初步确定污染场地的土壤类型、元素组成、水分以及土壤中可能存在的重金属潜在污染物等信息。

　　8. 1.2 测量模式选择

　　根据污染调查的预算、时间、人力和目标等实际情况，确认检测的数据数量与精度需求，选择合适 XRF 测量模式。风险筛查可采用现场原位多点快速测量，污染范围与程度的初步判断可采用现场简易处理的半定量分析，污染范围与程度的精度判断应采用样品标准化处理的定量分析模式。

　　8. 1.3 质量模式和校准曲线选择

　　根据工作目标土壤类型数量和差异情况，确认 XRF 仪器的校准模式以及校准曲线的有效性。

　　8.2 土壤现场半定量分析

　　8.2. 1 土样前处理

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　　选择有代表性的 10-50 克土壤样品， 自然风干或加热 105 ℃(Hg 除外)使水分小于10% ，清除样品中的异物，手动研磨和混匀，之后过 2 mm筛，过筛后再采用搅拌方式混匀。

　　8.2.2 样品制备

　　将预处理过的土壤样品装入一个样品杯/透明聚乙烯袋中，放入样品杯中并压实，样品杯无法压实可重复敲定直到土样均匀地填满样品杯测试薄膜的整个表面。使用塑料袋代替样品杯时，应摇动或定型，宜形成平整、光滑的表面。摇动袋子，将粉末转移到袋子底

　　部。应确保袋子中没有空隙，并将袋子折叠起来，紧紧地包裹住样品。土样厚度应不小于5 mm。

　　8.2.3 样品检测

　　将X射线荧光光谱仪固定在平整的地面上，并按照制造商的说明启动XRF光谱仪进行测量，读取目标元素组成和数值。每一个样品应测试不少于两个点，取平均值。

　　8.3 土壤现场定量分析

　　8.3. 1 土样前处理

　　土壤按照 HJ/T 166 对样品进行自然风干或加热 105 ℃(Hg 除外)至恒重。手动研磨土壤直至 90%样品通过 100 目筛，过筛后样品应混匀。

　　8.3.2 样品制备

　　之后将样品装入样品杯中，待测样品厚度应不少于 10 mm ，重量不少于 2 克，压实并确认样品杯表面光滑平整，如样品杯无法压实则可重复敲定直到土样均匀地填满样品杯测试薄膜的整个表面。

　　8.3.3 样品检测

　　将 X 射线荧光光谱仪固定在平整的地面上，并按照制造商的说明启动 XRF 光谱仪进行测量，读取目标元素组成和数值。每一个样品应测试不少于两个点，取平均值。

　　8.3.4 质量控制

　　X 射线荧光光谱仪采用经验系数法进行校准，且校准用土壤样品元素组成与现场土壤样品类型差异较大时，应采用有梯度的不少于 5 个有化学分析结果的样品进行曲线校准。注：配备 SDD 探测器且分辨率小于 130 ev 的 XRF 检测仪可按本方法进行定量分析，配备 Si-PIN 探测器的 XRF 设备只能按本方法进行定性和半定量分析。

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　　8.4 现场原位定性分析

　　8.4. 1 样点处理

　　从土壤表面清除任何较大或不具代表性的碎片，上述碎片包括岩石、鹅卵石、树叶、植被、树根和混凝土等。宜用样品匙压平土壤表面，确保土壤表面保持平整、顺滑，也可将土壤夯实，提高土壤的密度和紧实度。

　　注：当测试点位土壤或底泥经水饱和后，受仪器性能限制则不适用于原位分析，可选择取样分析。

　　8.4.2 现场检测

　　按照制造商说明启动 XRF 光谱仪，将 X 射线荧光光谱仪对准准备好的测试点进行测量，读取目标元素组成和数值。在可能的污染区域宜取多点进行检测，判断重金属污染超标点位。

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　　附 录 A

　　(资料性)

　　方法检出限和测定下限

　　表 A. 1 和 A.2 分别给出了本文件采用便携式 XRF 和手持式 XRF 检测仪测定 8 种无机元素的方法检出限及测定下限。

　　表 A. 1 便携式单色激发 XRF 测定元素分析方法检出限和测定下限

　　表 A.2 手持式多色激发 XRF 测定元素分析方法检出限和测定下限

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　　附 录 B

　　(资料性)

　　元素谱线重叠干扰与校正示例

　　表 B. 1 给出了本文件 8 种目标元素可能存在的谱线重叠干扰情况。构成校准曲线的土壤、沉积物标准样品中不同元素含量不同，分析谱线干扰校正系数会有区别。

　　表 B. 1 土壤基体中八大重金属元素谱线重叠干扰与校正示例

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　　附 录 C

　　(资料性)

　　分析仪器参考条件

　　表 C. 1 和 C.2 给出了本文件使用便携式 XRF 检测仪和手持式 XRF 检测仪测定 8 种无机元素的仪器分析参考条件示例。

　　表 C. 1 便携式单色激发 XRF 仪器分析参考条件

　　表 C.2

　　手持式多色激发 XRF 仪器分析参考条件

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　　附 录 D

　　(资料性)

　　方法的精密度和正确度

　　表 D. 1 给出本文件使用便携式 XRF 检测仪对 3 种土壤实际样品进行 6 次重复测定获得的 8 种无机元素的精密度结果。

　　表 D.2 给出本文件使用手持式 XRF 检测仪对 3 种土壤实际样品进行 6 次重复测定获得的 8 种无机元素的精密度结果。

　　表 D.3 给出本文件使用便携式 XRF 检测仪对 3 种土壤国家有证标准物质(GSS-17、 GSS-20 、GSS-28)进行 6 次重复测定获得的 8 种无机元素的正确度结果。

　　表 D.4 给出本文件使用手持式 XRF 检测仪对 3 种土壤国家有证标准物质(GSS-1、 GSS-20 、GSS-28)进行 6 次重复测定获得的 8 种无机元素的正确度结果。

　　表 D. 1 便携式XRF检测仪检测方法的精密度汇总表

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　　表 D.2 手持式XRF检测仪检测方法的精密度汇总表

　　表 D.3 便携式XRF检测仪检测方法的正确度汇总表

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　　表 D.4 手持式XRF检测仪检测方法的正确度汇总表

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