Ô nhiễm kim loại nặng trong đất đã trở thành một mối quan tâm môi trường quan trọng do những ảnh hưởng tiêu cực của nó đối với chất lượng thực phẩm, nước ngầm, vi sinh vật và sự phát triển của thực vật. Các nguồn ô nhiễm kim loại nặng chủ yếu trong môi trường đến từ các hoạt động của con người như khai thác mỏ, nấu chảy kim loại, giao thông, nông nghiệp, các hoạt động sinh hoạt, và các ngành công nghiệp như sắt, thép và hóa chất.
Ý thức về môi trường đang ngày càng gia tăng trên toàn cầu, với nhiều kiến thức hơn về các tác động có hại của kim loại nặng. Kết quả là, áp lực từ công chúng trên thế giới đã thúc đẩy việc ban hành thêm các quy định và luật lệ:
- Hạn chế việc thải kim loại nặng trong các hoạt động công nghiệp hoặc khai thác mỏ.
- Đưa ra yêu cầu đánh giá rủi ro và/hoặc giám sát đối với các khu vực đất nông nghiệp hoặc các khu dân cư, thương mại, và công nghiệp có thể bị ô nhiễm.
Những quy định này đã dẫn đến việc thực thi các giới hạn pháp lý về kim loại nặng. Hiện nay, các khu vực phải được kiểm tra nhanh chóng để đảm bảo tuân thủ các quy định. Tuy nhiên, nhờ vào công nghệ thử nghiệm tại hiện trường với mật độ cao, các máy phân tích tia X cầm tay (XRF) là công cụ lý tưởng để lập bản đồ ô nhiễm của một khu vực, xác định phạm vi và ranh giới của sự ô nhiễm, cũng như xác định các chiến lược khắc phục cần thiết. Máy XRF cầm tay cũng có thể được sử dụng để sàng lọc mẫu trước khi gửi đi kiểm tra xác nhận tại các phòng thí nghiệm.
Phương pháp US EPA 6200 và tiêu chuẩn ISO 13196 đã công nhận máy XRF cầm tay là phương pháp chấp nhận được trong phân tích đất. Trong hơn 25 năm qua, các máy phân tích XRF cầm tay Niton đã hỗ trợ các chuyên gia môi trường, các trường đại học, ngành công nghiệp và cơ quan quản lý trong việc sàng lọc và định lượng kim loại nặng trong đất và trầm tích.
Thiết bị XRF cầm tay Niton XL5 Plus và tính năng
Với ống tia X mini 5W/50kV và công nghệ detector silicon-drift (SDD) mới nhất, cùng với thiết kế nhẹ và nhỏ gọn, máy phân tích XRF cầm tay Niton XL5 Plus (Hình 1a) nâng cao đáng kể hiệu suất phân tích và hoạt động trong phân tích đất. Chế độ Soils của Niton XL5 Plus có thể đo các nguyên tố từ lưu huỳnh đến uranium bằng cách sử dụng đến ba kết hợp khác nhau giữa bộ lọc và điện áp, giúp cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của các dòng phát xạ trên toàn bộ dải năng lượng. Chế độ Soils sử dụng thuật toán Fundamental Parameter (FP) độc quyền để cung cấp kết quả chính xác. Thuật toán này tính đến sự biến động lớn trong thành phần mẫu bằng cách điều chỉnh các hiệu ứng hấp thụ và kích thích thứ cấp do ma trận gây ra. Máy Niton XL5 Plus hiển thị kết quả theo thời gian thực trên màn hình (Hình 1b).
Người dùng có thể tối ưu hóa chế độ Soils với các cài đặt tùy chỉnh khác nhau, bao gồm thay đổi thời gian đo, ngưỡng pass/fail, các bộ dữ liệu trường, định dạng hiển thị nguyên tố, nguyên tố giả và điều chỉnh hiệu chuẩn phù hợp với ma trận. Người dùng có thể lưu các tham số tùy chỉnh dưới các hồ sơ chế độ Soils khác nhau. Các hồ sơ này hỗ trợ nhiều cấu hình trên cùng một thiết bị, cho phép đo lường ngay lập tức với các cài đặt phù hợp. Hơn nữa, máy Niton XL5 Plus sử dụng GPS tích hợp để hỗ trợ hình dung dữ liệu không gian, lập bản đồ và mô hình hóa ô nhiễm kim loại nặng. Người dùng cũng có thể kết nối hệ thống GPS ngoài với máy Niton XL5 Plus qua Bluetooth. Dữ liệu đo có thể được truyền tải tới máy tính qua USB hoặc kết nối không dây, bao gồm Wi-Fi.
Phương pháp lấy mẫu
Người dùng có thể thực hiện phân tích đất theo hai phương pháp: chế độ điểm và chụp hoặc chế độ xâm nhập. Chế độ Điểm và Chụp: Người dùng sẽ hướng máy Niton XL5 Plus trực tiếp vào bề mặt đất sau khi loại bỏ các mảnh vụn, đá nhỏ hoặc thực vật. Phương pháp này thích hợp cho việc sàng lọc và cung cấp kết quả định tính và bán định lượng, giúp xác định nhanh chóng các điểm ô nhiễm. Để đạt được kết quả tốt nhất, nên sử dụng Soil Guard (Hình 2a) để giữ cho cửa máy luôn sạch. Để nâng cao khả năng của máy và cải thiện tính tiện dụng khi đo, người dùng có thể vận hành máy ngược (upside down) bằng chân máy (Hình 2b).
Khi vận hành trong chế độ xâm nhập, người dùng sẽ lấy một phần đất từ hiện trường, đồng nhất mẫu bằng cối giã hoặc máy nghiền, sàng lọc và làm khô nếu cần thiết. Sau đó, bột mẫu thu được được cho vào túi hoặc cốc mẫu và đưa vào máy phân tích thông qua giá thử nghiệm mini (Hình 2c). Phân tích xâm nhập, bao gồm cả việc chuẩn bị mẫu cơ bản, có thể được thực hiện tại hiện trường hoặc trong phòng thí nghiệm.
Phân tích các cốc mẫu chứa bột đồng nhất thường mất nhiều thời gian hơn (từ 30 giây đến vài phút). Phương pháp này có thể phát hiện các nguyên tố ở nồng độ thấp và mang lại độ chính xác cao hơn so với phương pháp điểm và chụp.
Hiệu suất Phân tích
Độ nhạy
Trong suốt 25 năm qua, đã có những tiến bộ đáng kể về độ nhạy trong việc phát hiện kim loại nặng trong đất. Hình 3 cho thấy các giới hạn phát hiện (LOD) của máy phân tích XRF Niton đối với các nguyên tố như Cr, Ni, Cu, Zn, Hg, As, Se, Pb, Cd, Sn, Sb và Ba. Sự phát triển công nghệ liên tục của các nguồn tia X, detector và điện tử đã cải thiện LOD đối với các nguyên tố này từ một đến hai bậc.
Máy XRF cầm tay Niton XL5 Plus đạt được độ nhạy chưa từng có so với các thế hệ trước. Đặc biệt, độ nhạy này rất hữu ích trong việc phát hiện các kim loại nặng có nồng độ thấp như Hg hoặc Cd. Người dùng hiện có thể phát hiện các kim loại nặng này ở mức dưới 10 ppm trong thời gian đo ngắn, chỉ khoảng 20 giây hoặc ít hơn mỗi lần đo.
Độ chính xác
Phân tích tại hiện trường với chế độ điểm và chụp thường chỉ cung cấp kết quả định tính hoặc bán định lượng. Những kết quả này có thể đủ để đánh giá sự hiện diện hay vắng mặt của ô nhiễm kim loại nặng, hoặc để xác định khu vực có nồng độ cao hoặc thấp.
Tuy nhiên, trong phân tích mẫu đất, sự không chắc chắn lớn nhất không đến từ công nghệ phân tích hay phương pháp (kể cả các kỹ thuật trong phòng thí nghiệm hay XRF cầm tay). Sự không chắc chắn này chủ yếu đến từ quá trình lấy mẫu, vì mẫu có thể không đại diện chính xác cho sự phân bố không gian của các chất ô nhiễm. Do đó, việc trộn mẫu kỹ lưỡng, chia mẫu, giảm kích thước hạt và đồng nhất mẫu là điều kiện tiên quyết để có kết quả định lượng chính xác.
Khi mẫu đã đồng nhất và đại diện, chế độ Soils của máy phân tích cung cấp kết quả rất chính xác về hàm lượng kim loại nặng ngay từ khi đo. Hình 4 minh họa sự tương quan tích cực giữa giá trị chuẩn và giá trị đo được đối với các nguyên tố V, Cr, Cu, Zn, As, Cd, Hg, và Pb, thu được trong phân tích bộ 28 mẫu chuẩn thương mại có nồng độ dao động từ vài đến vài nghìn ppm.
Kết luận
Phân tích XRF cầm tay giúp người dùng tối ưu hóa thời gian và hiệu quả công việc bằng cách thực hiện đánh giá theo thời gian thực và giảm số lượng mẫu đất gửi đến phòng thí nghiệm thông qua việc sàng lọc trước. Với độ nhạy và khả năng di động được cải thiện mạnh mẽ, máy phân tích XRF cầm tay Niton XL5 Plus mang lại sức mạnh và những tiến bộ vượt trội cho người dùng hiện nay thông qua các tính năng:
- Phát hiện mức độ kim loại nặng thấp chưa từng có trong chế độ điểm và chụp.
- Cung cấp dữ liệu phân tích chất lượng phòng thí nghiệm ngay tại hiện trường với sự chuẩn bị mẫu tối thiểu.
- Cung cấp phân tích nguyên tố mạnh mẽ trong một thiết bị nhỏ gọn và nhẹ.
Các chuyên gia môi trường, cơ quan quản lý và các công ty xây dựng có thể biến quá trình đánh giá nguy cơ môi trường của họ thành một quy trình hiệu quả, tiết kiệm chi phí và thực hiện ngay tại hiện trường, từ đó rút ngắn thời gian thu hồi vốn với các lợi ích sau:
- Quyết định trong thời gian thực thông qua các phép đo tại hiện trường và xác định các điểm nóng ô nhiễm kim loại theo phương pháp EPA 6200 và tiêu chuẩn ISO 13196.
- Quản lý sự không chắc chắn với các hành động cải thiện tại hiện trường sử dụng phương pháp Triad.
- Giảm chi phí phòng thí nghiệm bên ngoài nhờ phân tích tại hiện trường và sàng lọc mẫu.
- Đảm bảo mức ô nhiễm dưới ngưỡng cho phép và giảm khối lượng đất phải đào lên nhờ việc đo lường liên tục sau khi đã khai thác.
- Sàng lọc và kiểm tra sự ô nhiễm tại các công trường xây dựng để giảm thiểu các sự cố, trì hoãn thi công.
- Đo lường tức thì đối với tất cả 8 nguyên tố RCRA và 12 chất ô nhiễm ưu tiên của EPA.
- Quyết định có căn cứ ngay tại hiện trường phản ánh đúng tình trạng khu vực nhờ vào độ dày mẫu lớn.
- Sàng lọc chất thải nguy hại và ghi lại hình ảnh sử dụng camera tích hợp.
- Giám sát khôi phục đất đai ô nhiễm (brownfield remediation).
Minh Khang là nhà nhập khẩu và phân phối trực tiếp các thiết bị X-ray hãng Thermo Fisher.
EN