[0001] 本发明涉及危险废物处理领域，具体涉及一种用于测定危险废物中金属元素的检测系统和检测方法。

[0002] 危险废物处置过程中，危险废物来源复杂，成分多样，不同种类的危险废物需要分开收运和存放，检测分类工作非常繁重。危险废物在处置焚烧过程中，因其中有大量有毒有害物质和重金属元素，故需要进行对危险废物进行分析检测，通过检测分析结果，将不同危险废物进行配伍混合，以确保排放口的各项在线监测指标达到标准要求，并保证焚烧热值稳定。因此，危险废物焚烧处置中的分析能力和快速准确很有必要。根据危险废物处置的污染物排放标准，其中氟离子、氯离子和重金属元素作为重要分析指标，保证烟气的达标排放。因此，需要开发一套能够快速筛查元素含量，特别是对环境影响重大的重金属元素，避免在危险废物处置焚烧过程中烟气指标波动过大，影响在线监测数值。

[0028] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

[0029] 当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

[0030] 须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

[0031] 请参阅图1至图4，本发明提供一种用于测定危险废物中金属元素的检测系统，该检测系统在对检测样品120进行检测时，通过X射线对检测样品120进行照射，使检测样品120中金属元素激发出特征光谱，在通过对特征光谱进行分析，进而可以实现对危险废物中金属元素的定性分析。

[0032] 请参阅图1至图3，具体地，该检测系统包括：检测平台110、X射线发生器200、X射线检测器300和数据分析装置400。检测平台110以用于放置危险废物的检测样品120。检测平台110具体结构不限，例如可以是方形平台、圆形平台等任意结构，只要能够放置危险废物的检测样品120即可。在本实施例中，检测平台110包括支撑座111和支撑台面112，支撑台面112固定连接于支撑座111上，支撑台面112为圆盘型结构。检测样品120的大小和形状不限，例如可以是圆形样品、方形样品等，但不局限于此。检测样品120可以通过其它夹具或工装固定在支撑台面112上，也可以是直接平放在支撑台面112上，只要保证检测样品120在测过程中，不会相对于支撑台面112出现移动即可。X射线发生器200设置在检测样品120的上方。
X射线发生器用于发射X射线，以激发检测样品120中的金属元素产生特征光谱。本申请中的X射线发生器可以通过一般商业手段获得，具体地，本实施例中X射线发生器200为萨派斯科技有限公司生产的型号为Oxford Eclipse IV的X射线发生源设备。具体地，X射线发生器
200可以包括密闭的金属壳、设置在金属壳内的X射线激发系统、高压电源、分光装置等。金属壳开设有X射线发射窗，X射线通过X射线发射窗发射出能够激发物质的X射线；X射线发生器中其它未详细描述的结构和连接关系可参照现有技术，在此不再赘述。X射线发生器200在检测样品120上方的具体位置不限，例如可以位于检测样品120的正上方，或者斜上方等，只要保证X射线能够完全照射到检测样品120上，满足检测要求即可。

[0033] X射线检测器300用于接收检测样品120被X射线激发出的特征光谱，并将特征光谱转化为相对应的电信号输出。X射线检测器300可以是通过一般商业手段获得现有的X射线检测器；在本实施例中，X射线检测器300具体为美国Armtek公司生成的型号为Amptek FASTSDD的X射线检测器。具体地，在本实施例中，X射线检测器300包括分光系统310和检测部320，分光系统310设置在检测平台110和检测部320之间，分光系统310内部设置光处理组件，光处理组件可以将特征光谱中不同波长的X射线分离开，并转化成按波长顺序排列的单色光谱。光处理组件的具体结构可参照现有波长处理的光路组件。检测样品120被X射线激发出的特征光谱通过分光系统310后进入检测部320内部。检测部320将接收到的X射线转化成相应的电信号并进行记录。检测部的具体结构可参照现有的X射线检测器的结构，本实施例中的检测部可以是通过一般商业手段获得外购件。具体地，在本实施例中，检测部内部形成有光路通道，光路通道内自光路进口至光路出口依次设置有电子陷阱、密封窗、芯片晶体和场效应管等结构，进入检测部的X射线会依次经过电子陷阱、密封窗、芯片晶体和场效应管，进而将进入检测部的X射线转化成相对应的电信号。数据分析装置400可以是算机或者其它控制器等。在本实施例中，数据分析装置400为计算机。数据分析装置400接收X射线检测器300生成的电信号，并对电信号分析处理，输出不同电信号对应的金属元素。在本实施例中，型号为Amptek FASTSDD的X射线检测器300，在检测部320的内部设置有计数器，计数器可以接收记录生成的电信号，并将电信号直接传输到数据分析装置400。由于不同金属元素的特征光谱具有各自的特定波长，因此根据特征光谱的波长可以确定对应的元素组成，在定性分析时可以通过计算机自动识别特征谱线输出对应的金属元素，从而完成对检测样品120中所含重金属元素的检测。

[0034] 本申请实施例中的检测系统，在对检测样品120进行检测时，由于X射线在检测样品120上的传输时间极短，因此检测过程花费时间较短，检测结果可以通过数据分析装置400快速获取，从而可以实现危险废物中金属元素的快速检测。同时，由于检测过程中，不需要其它额外的试剂或实验手段，因此方便检测人员的检测操作，相应减少检测程序，进一步提高危险废物中金属元素的检测速度。除此之外，因为检测样品120只需要X射线照射一次，就可以同时激发出多种金属元素发出特征光谱，这样数据分析装置400可以同时检测出检测样品120中含有的多种金属元素，进而可以进一步提高危险废物中金属元素的检测速度，同时还可以提高金属元素的检测范围，进而可以提高检测样品120中金属元素检测的准确性和全面性。

[0035] 请参阅图1至图3，在本发明检测系统一示例中，检测系统还包括箱体100，检测平台110设置于箱体100内，箱体100的顶壁开设有供X射线射入的第一通孔101，箱体100的侧壁开设有供X射线检测器300接收特征光谱的第二通孔102。箱体100可以是长方体结构，也可以是圆柱体结构等任意能够将检测平台110罩射在内的结构。箱体100的材质为铅或铅合金，这样设置，箱体100具有较好的X射线阻挡作用，进而可以减少X射线向外扩散对箱体100外的人员造成伤害。同时，也可以避免外部环境对检测样品120的检测过程造成影响，保证检测样品120检测过程的精准性。

[0036] 为了进一步提高检测样品120中金属检测的精准性，在本实施例中，请参阅图1至图3，箱体100内部还设置有空气过滤组件103，以对箱体100内的空气进行过滤。空气过滤组件103可以是空气净化器、也可以是在箱体100的进风口、出风口处设置的过滤网结构，还可以是过滤风机等结构。在本实施例中，箱体100在进风口处设置有空气过滤网，以过滤箱体100内空气中的灰尘和颗粒等杂质。通过在箱体100内设置空气过滤组件103，可以减少箱体
100内腔中漂浮的灰尘和颗粒等杂质，这样可以减少X射线传输过程中的能量衰减，也可以避免灰尘和颗粒吸附在检测样品120上对检测结果造成影响，从而可以提高检测样品120中金属检测精度的准确性。

[0037] 进一步地，在本实施例中，箱体100为长方体结构，具体尺寸为60*50*45cm。X射线发生器200设置在箱体100的顶壁上方，X射线发生器200安装在箱体100的顶壁上，X射线发射窗与第一通孔101相对应，X射线从X射线发射窗射出后，经过第一通孔101照射到检测样品120上。第二通孔102可以开设在箱体100的任一侧壁上，在本实施例中，分光系统310的部分从第二通孔102伸入至检测样品120处，以接收检测样品120被X射线激发出的特征光谱。这样设置可以使得分光系统310更加靠近检测样品120，减少X射线传输至分光系统310时的能量衰减。在其它实施例中，分光系统310也可以不伸入箱体100内，检测样品120被X射线激光出的特征光谱穿过第二通孔102后进入分光系统310内。

[0038] 请参阅图1至图3，在本发明检测系统一示例中，分光系统310相对于检测平台110转动连接。具体地，分光系统310的下方设置有回转支架500，回转支架500包括固定座510和转动杆520，固定座510与转动杆520通过转动机构530连接，以实现转动杆520相对于固定座510的转动。转动机构530可以是电机+齿轮组件，也可以回转气缸结构，还可以是电机+回转支撑结构等任意能够实现转动杆520相对于固定座510的转动即可。固定座510通过但不限于螺栓固定在地面上，转动杆520远离固定座510的一端支撑在分光系统310的下方，且与分光系统310固定连接。由于检测样品120激发出的特征光谱会分布在一定的角度内，本实施例中，通过使分光系统310相对于检测样品120在一定角度内转动，可以保证分光系统310能够完全接收到检测样品120所激发出的所有的特征光谱，进而可以提高检测样品120中金属元素检测的准确性。

[0039] 在本发明检测系统一示例中，分光系统310相对于检测平台110的转动角度为0.2～2°中任一数值，例如可以是0.2°、0.5°、1.0°1.5°或者2°等。将分光系统310相对于检测平台110的转动角度设置在0.2～2°范围内，即可以使分光系统310接收到检测样品120激发出的所有特征光谱，还可以控制分光系统310的转动角度，提高检测效率。

[0040] 在本发明检测系统一实施例中，X射线发生器200在光线出口处设置有第一准直器210，分光系统310在光线入口处设置有第二准直器330。准直器是一种辐射衰减物质，用以限制到达探测器组件的X射线角度分布。它的作用是对X射线形成空间定位，即只允许某一空间范围内的X射线进入探测器，而其他部分的射线则被吸收而不能进入探测器。准直器的材料要求是对X射线吸收强、易加工、经济，一般采用铅或含有少量锑、铋的铅合金等。通过设置第一准直器210和第二准直器330可以提高检测样品120中金属元素的测量精度，提高检测结果的准确性。

[0041] 在本发明检测系统一实施例中，第二准直器330位于分光系统310的光线出口和检测部320的光线入口之间。第二准直器330可以与检测部320固定连接，也可以与分光系统310固定连接，还可以同时与检测部320和分光系统310固定连接。在本实施中，第二准直器
330与检测部320靠近分光系统310的一端固定连接。经过分光系统310处理后的特征光谱通过第二准直器330后进入检测部320内部。这样设置，可以保证进入检测部320内部的特征光谱方向一致，从而可以提高特征光谱在检测部320内部处理的精度和处理效率。

[0042] 危害废物检测样品120的制备方法和成型结构，会影响检测样品120的检测结果，进而会影响危害废物中有害金属元素的判断。鉴于此，在本发明检测系统一示例中，检测样品120为危险废物经过氧化处理和熔融处理后制备生成的玻璃体熔融样品。玻璃熔融片的制备方法具体为：首先将检测样品120进行氧化处理，将可能含有的金属元素转化为金属氧化物，一般用硝酸锂、硝酸钠、碳酸锂、碳酸钠等氧化剂，对检测样品120中的金属元素进行预氧化处理。其次再将预氧化处理后的检测样品120与熔剂进行熔融处理，常用熔剂有偏硼酸锂、四硼酸锂、无水硼砂、偏磷酸钠和偏磷酸锂等物质，将预氧化处理的检测样品120与以上一种或者多种熔剂混合后，放入马弗炉在红进行升温到1000℃，最后形成玻璃体的熔融样品。本实施例中检测样品120采用玻璃体的熔融样品，这样可以提高检测样品120中金属检测的准确性，从而可以提高危害废物中重金属元素检测的准确性。

[0043] 在本发明一实施例中，数据分析装置400内存储有标准光谱库，标准光谱库中的数据至少覆盖检测样品120在X射线作用下激发出的特征光谱的数据。这样可以对检测样品120中金属元素对应的特征光谱实现全谱分析，保证检测样品120中的金属元素都能检测出，提高危害废物中金属元素检测的准确性。

[0044] 在本发明提供的检测系统中，X射线发生器200发射高能X射线，对检测样品120进行激发，当能量为几千电子伏特的X射线照射到检测样品120上时，检测样品120被激发出特征光谱，每种金属元素会对应有不同的被激发状态。当检测样品120的中金属元素二次激发到K层上，则称为K激发态，K激发态上出现的Kα线和Kβ线，不同的Kα线和Kβ线的数值，对应不同的元素，由此可以确定出相对应的金属元素。具体标准光谱库的部分数据如表1所示。

[0045] 表1

[0046]   X射线能量值    编号 元素 Kα Kβ
1 硫 2.307 2.468
2 氟 0.677  
3 氯 2.622 2.817 
4 银 22.104 24.987 
6 钡 32.065 36.553 
7 钙 3.690 4.012 
8 镉 23.109 26.143 
9 钴 6.925 7.649 
10 铬 5.411 5.947 
11 铜 8.041 8.907 
12 铁 6.400 7.059 
13 钾 3.312 3.589 
15 锰 5.895 6.492 
17 镍 7.472 8.265 
18 铅 74.228 85.357 
19 锶 14.142 15.849 
20 钛 72.176 82.985 
21 钒 4.949 5.427 
22 锌 8.631 9.572 
23 铊 72.176 82.985 
24 锑 26.274 29.851

[0047] 本发明还提供一种危险废物中金属元素的检测方法，该方法包括以下步骤：通过X射线发生器发射X射线，X射线照射检测样品，以使检测样品激发出特征光谱；X射线检测器接收特征光谱，并对所述特征光谱进行光波处理并生成对应的电信号；计算机获取电信号，并对电信号进行数据处理以获取特征光谱对应的能量射线值；计算机对能量射线值进行判断；若计算机判断出能量射线值与标准光谱库中的能量射线数据表中的其中之一相对应，则计算机获取能量射线值对应的金属元素，并输出金属元素的名称；若计算机判断出能量射线值与标准光谱库中的能量射线数据表中值不能对应，则计算机不获取能量射线值对应的金属元素，从而将检测样品中金属元素中的重金属元素一次全部检测出来。该检测方法检测效率较高，金属元素检测的范围较广，检测结果准确性较高。

[0048] 本发明用于测定危险废物中金属元素的检测系统，在对检测样品120进行检测时，由于X射线的传输时间极短，因此检测过程时间较短，检测结果可以通过数据分析装置400快速获取，从而可以实现危险废物中金属元素的快速检测。同时，由于检测过程中，不需要其它额外的试剂或实验手段，因此方便检测人员的检测操作，相应减少检测程序，进一步提高危险废物中金属元素的检测速度。除此之外，还可以一次性分析出检测样品120中的多种金属元素，不需要针对每种金属元素逐一检测，这样不仅可以提高危险废物中金属元素的检测速度，而且还能活动较广的金属元素检测范围。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。