[發(fā)明專利]一種基于PGNAA技術(shù)的水溶液中多元素成分及含量檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410080054.3
• 申請(qǐng)日: 2014-03-06
• 公開（公告）號(hào): CN103837558B
• 公開（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈文寶;黑大千;凌永生;單卿;程璨
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N23/222
• 分類號(hào): G01N23/222
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種基于PGNAA技術(shù)的水溶液中多元素成分及含量檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法，其屬于水溶液中元素含量的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

對(duì)水體中元素含量尤其是一些有毒重金屬元素的含量的高靈敏檢測(cè)長(zhǎng)期以來一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)。目前水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)所用到的技術(shù)有原子吸收光譜分析（AAS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP/AES）、質(zhì)譜分析技術(shù)（ICP/MS）、電化學(xué)分析以及生物監(jiān)測(cè)等。

目前，在測(cè)量分析領(lǐng)域中，核技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)。它有其它分析技術(shù)所不具有的很多優(yōu)點(diǎn)，PGNAA技術(shù)利用中子轟擊被測(cè)物料的靶核，通過熱中子俘獲、非彈性散射等反應(yīng)在極短的時(shí)間內(nèi)（小于10-13s）放出特征伽瑪射線，通過識(shí)別特征伽瑪射線和測(cè)量特征伽瑪射線的強(qiáng)度即可定性和定量地識(shí)別大部分核素并分析其含量。由于其非破壞性、在線原位測(cè)量、分析精度高等特點(diǎn)，近年來被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、環(huán)境、醫(yī)藥等各領(lǐng)域。

目前，上述這些水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)技術(shù)存在各種不足。有的儀器需從國(guó)外進(jìn)口價(jià)格昂貴，運(yùn)行成本高，有的不能同時(shí)進(jìn)行多元素分析，有的技術(shù)的樣品預(yù)處理程序太過復(fù)雜。

因此，確有必要對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明目的是針對(duì)水溶液中元素含量的檢測(cè)設(shè)計(jì)一種新的快速檢測(cè)裝置，該裝置采用中子與水溶液中元素發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生特征伽馬射線，通過測(cè)量分析伽馬能譜，檢測(cè)其中的元素成分和含量，其裝置簡(jiǎn)單，操作方便具有很好的實(shí)用性。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種基于PGNAA技術(shù)的水溶液中多元素成分及含量檢測(cè)裝置，其包括樣品檢測(cè)系統(tǒng)和能譜分析系統(tǒng)，所述樣品檢測(cè)系統(tǒng)包括同位素中子源，聚乙烯包裹層以及聚乙烯桶組成，所述同位素中子源被固定放置在聚乙烯包裹層中心，所述聚乙烯包裹層位于聚乙烯桶的中心，所述能譜分析系統(tǒng)由伽馬射線探測(cè)器、多道分析器及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)組成，所述伽馬射線探測(cè)器緊貼著聚乙烯桶外壁的中間高度位置，所述伽馬射線探測(cè)器依次與多道分析器及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接。

所述同位素中子源位于聚乙烯桶的正中心，所述聚乙烯桶的內(nèi)半徑為4.8cm，外半徑為15～16cm，高度為50cm，所述聚乙烯包裹層厚度為0.2cm。

所述同位素中子源為镅鈹中子源。

所述伽馬射線探測(cè)器為鍺酸鉍BGO探測(cè)器。

本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案：一種基于PGNAA技術(shù)的水溶液中多元素成分及含量檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其包括如下步驟：

1）取樣步驟：先采集水體樣本倒入到聚乙烯桶的樣品腔中，之后將同位素中子源固定于聚乙烯桶的正中心；

2）測(cè)量步驟：同位素中子源通過水體的慢化，被充分慢化為慢中子，之后其與水體中元素的原子核發(fā)生輻射俘獲反應(yīng)，發(fā)出瞬發(fā)特征伽瑪射線，所述特征伽瑪射線跟元素一一對(duì)應(yīng)，所述瞬發(fā)特征伽瑪射線穿過水體及聚乙烯桶被伽馬射線探測(cè)器接受，這些特征伽瑪信號(hào)進(jìn)入多道分析器采集儲(chǔ)存，然后送入工業(yè)控制計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，得到伽瑪射線能譜，能譜中特征峰的位置表示元素種類，特征峰的強(qiáng)度表示該元素的含量；

3）分析步驟：利用數(shù)學(xué)分析方法對(duì)不同元素的特征峰進(jìn)行解析，并修正，最后得到水溶液中的主要元素成分種類、含量與能譜中特征峰計(jì)數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)元素分析與測(cè)量。

所述步驟3）中的數(shù)學(xué)分析方法為最小二乘法擬合方法。

本發(fā)明具有如下有益效果：

（1）.檢測(cè)的方法設(shè)備、步驟以及環(huán)境要求簡(jiǎn)單；

（2）.采用同位素中子源直接通過水體進(jìn)行慢化不需要另外的慢化裝置;

（3）.本發(fā)明在不需要大量復(fù)雜昂貴的設(shè)備下，可以對(duì)方便準(zhǔn)確的檢測(cè)出水體中多種元素的含量，具有潛在的市場(chǎng)價(jià)值。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例NaCl溶液的伽馬能譜圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例氯元素含量與特征峰計(jì)數(shù)關(guān)系圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例硫酸鎘溶液的伽馬能譜圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例鎘元素含量與特征峰計(jì)數(shù)關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式：