HJ 1425-2025 土壤和沉积物 11种元素的测定 能量色散X射线荧光光谱法标准立项发展报告

土壤和沉积物11种元素的测定能量色散X射线荧光光谱法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Determinationof11ElementsinSoilandSedimentbyEnergyDispersiveX-rayFluorescenceSpectrometry摘要土壤和沉积物中重金属元素的准确测定是土壤环境质量评价、污染风险管控和生态修复治理的重要基础性技术支撑。随着《中华人民共和国土壤污染防治法》的深入实施和《土壤污染防治行动计划》的持续推进，我国对土壤环境监测的覆盖范围、数据质量和分析效率提出了更高要求。传统消解-原子光谱/质谱联用分析技术虽具备较高的灵敏度和准确度，但存在样品前处理流程繁琐、试剂消耗量大、分析周期长、易产生二次污染等技术瓶颈，难以满足当前大规模土壤污染状况调查和常态化监督性监测的迫切需求。能量色散X射线荧光光谱法（ED-XRF）凭借其非破坏性分析、多元素同时测定、操作简便快捷、绿色环保等显著优势，已在环境监测领域展现出广阔的应用前景。然而，国内外现行标准多聚焦于单个或少数几个元素的同时测定，无法全面满足地块调查中多元素同步筛查的实际需求。本标准（HJ1425-2025）在此背景下立项制定，旨在建立土壤和沉积物中砷（As）、镉（Cd）、钴（Co）、铬（Cr）、铜（Cu）、锰（Mn）、镍（Ni）、铅（Pb）、钒（V）、锌（Zn）、锑（Sb）共11种元素能量色散X射线荧光光谱测定的统一技术规范。本标准适用于土壤和沉积物中11种重金属元素的同时快速测定，采用样品制备后直接上机测量的技术路线，规定了方法原理、试剂与材料、仪器与设备、样品制备、干扰消除、质量保证与质量控制等核心技术内容。标准的发布实施将有效填补我国土壤环境监测领域多元素快速筛查方法标准的空白，推动土壤环境监测从单一元素逐一分析向多元素同步快速筛查的范式转变，为全国土壤污染状况详查、建设用地土壤污染状况调查、农用地土壤环境质量类别划分等工作提供高效、可靠、绿色的技术支撑，对完善我国土壤环境监测标准体系、提升环境监管能力现代化水平具有重要的现实意义和深远影响。关键词：土壤；沉积物；重金属元素；能量色散X射线荧光光谱法；标准制定；环境监测；快速筛查Keywords:Soil;Sediment;HeavyMetalElements;EnergyDispersiveX-rayFluorescenceSpectrometry(ED-XRF);StandardDevelopment;EnvironmentalMonitoring;RapidScreening1引言1.1研究背景土壤是经济社会可持续发展的物质基础，关系人民群众身体健康和生态安全。近年来，随着我国工业化、城镇化进程的加速推进，土壤重金属污染问题日益凸显。据《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。其中，镉、汞、砷、铅、铬等无机污染物是土壤污染的主要类型，多呈现出复合污染的特征。为全面掌握土壤环境质量状况，我国先后部署实施了全国土壤污染状况详查（2017-2020年）及"十四五"土壤环境例行监测等工作。上述工作涉及大量土壤和沉积物样品中重金属元素的分析测定，监测任务之重、数据质量要求之高、时效性需求之强均为历史之最。传统的分析方法——如电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）、原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）等——虽然测量灵敏度高、精密度好，但均需经过消解等繁琐的化学前处理步骤，通常需要数小时甚至数天方能完成分析流程，且大量使用强酸和氧化剂，存在二次污染风险，分析成本相对较高。在此背景下，能量色散X射线荧光光谱法以其无需化学消解或仅需简单压片制样即可完成多元素同时测定的技术优势，成为当前土壤重金属快速检测领域最具推广应用前景的绿色分析技术。然而，由于土壤和沉积物基体成分复杂，不同地域土壤类型差异显著，能量色散X射线荧光光谱法在实际应用中面临基体效应校正、检出限满足程度、结果准确性验证等技术挑战，亟需通过标准制定予以系统规范。1.2标准制定目的与意义本标准（HJ1425-2025）的制定具有以下三个层面的重要意义：一、填补标准空白，完善技术标准体系。目前，我国已发布的X射线荧光光谱法环保标准多针对特定场景或少量元素（如土壤中重金属的现场快速筛查等），但尚无覆盖土壤和沉积物中11种元素同时测定的统一方法标准。本标准的制定将填补这一领域的方法标准空白，完善生态环境监测标准体系。二、提升监测效能，服务精准治污。本标准规定的分析方法可在数分钟内完成单个样品中11种元素的同时测定，大幅缩短分析周期、降低分析成本，为大规模土壤环境质量调查、污染地块筛查和应急监测提供高效的技术工具，有力支撑"精准治污、科学治污、依法治污"。三、推动绿色分析，促进可持续发展。本标准技术路线不涉及强酸消解和大量化学试剂的使用，显著减少了分析过程产生的废液和废气，符合生态文明建设和"双碳"目标对绿色低碳监测技术发展的要求。2标准编制原则与依据2.1编制原则本标准的编制遵循以下基本原则：（1）科学性。在充分考虑方法原理的基础上，系统研究土壤和沉积物基体效应对各元素荧光强度的影响规律，通过科学的方法学验证确定各元素的检出限、测定范围、精密度和准确度等关键技术参数。（2）适用性。广泛调研国内外相关仪器设备的技术发展水平和国产化普及程度，确保标准规定的仪器条件、试剂耗材和质量控制指标能够为各级生态环境监测机构及相关检测实验室普遍达到和采用。（3）协调性。与国家现行有效的土壤环境质量标准、土壤环境监测技术规范、已发布的相关分析方法标准保持协调一致，避免方法之间的技术冲突和指标矛盾。（4）规范性。严格按照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》和HJ168-2020《环境监测分析方法标准制订技术导则》的要求编制，确保标准文本的规范性和可操作性。2.2编制依据本标准的主要编制依据包括：-《中华人民共和国环境保护法》（2014年修订）-《中华人民共和国土壤污染防治法》（2018年）-《土壤污染防治行动计划》（国发〔2016〕31号）-GB15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》-GB36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》-HJ/T166-2004《土壤环境监测技术规范》-GB/T36269-2018《土壤中微量重金属元素的测定能量色散X射线荧光光谱法》2.3国内外相关标准情况综述国际相关标准方面，国际标准化组织（ISO）于2013年发布了ISO13196:2013《土壤质量—使用能量色散X射线荧光光谱法筛选选定元素》（Soilquality—Screeningsoilsforselectedelementsbyenergy-dispersiveX-rayfluorescencespectrometryusingahandheldorportableinstrument），主要用于现场快速筛查目的。美国环保署（USEPA）发布了Method6200《现场使用便携式X射线荧光光谱法测定土壤和沉积物中金属元素》等系列方法，广泛应用于超级基金场地调查和棕色地块评估。上述国际标准为现场快速筛查目的，在实验室精密测定方面规定不足，不能完全满足我国土壤环境监测全流程质量控制要求。国内标准方面，GB/T36269-2018规定了使用能量色散X射线荧光光谱法测定土壤中微量重金属的方法框架，但元素种类有限，对沉积物基体样品的适用性阐述不足。生态环境部已于2018年发布《土壤和沉积物6种多溴联苯的测定气相色谱-质谱法》，但仅限于有机污染物。在无机元素分析领域，尚无覆盖11种元素同时测定的环保行业标准。综上，在国内外已有标准和仪器技术进步的基础上，编制覆盖更全面元素种类、兼顾实验室精密度和现场快速筛查需求的标准方法，具有明确的必要性和可行性。3标准主要技术内容3.1方法原理本标准采用能量色散X射线荧光光谱法（ED-XRF）。其方法原理为：当样品受到高能X射线管激发时，样品中各元素原子内层电子被逐出形成空穴，外层电子跃迁至内层空穴时释放出具有特征能量的荧光X射线。不同元素的特征X射线能量各异，通过半导体探测器（如硅漂移探测器，SDD）收集并转换为电信号，经多道脉冲高度分析器按能量大小进行分离和计数，即可实现对样品中多种元素的定性和定量分析。各元素的特征X射线荧光强度与其在样品中的含量呈正相关关系。但由于土壤和沉积物中大量存在的硅、铝、铁、钙等基体组分对不同能量荧光射线的吸收-增强效应（即基体效应）存在差异，标准中规定可采用与样品基体相匹配的标准物质制作校准曲线，或采用数学校正方法（如康普顿散射内标法、经验系数法等）校正基体效应。3.2干扰消除与校正土壤和沉积物样品基体复杂，Fe、Ca、Si、Al、K、Ti等常量元素对目标元素谱线的叠加干扰和基体吸收效应不容忽视。标准中规定了以下干扰消除和校正方法：谱线重叠干扰的校正。仪器分析软件可根据实测光谱数据进行自动或半自动的谱线重叠校正，必要时辅以手动检查和修正。标准中特别针对Cr、V等相邻谱线以及Pb的L系线与As的K系线等常见重叠干扰情形规定了操作要求。基体效应的校正。采用基体匹配的标准样品系列制备校准曲线，使标准样品与待测样品在主要基体组分含量范围上保持一致；在条件具备时可采用经验系数法、基本参数法等数学校正手段进一步减小基体效应影响。同时，标准规定了方法适用范围，并明确了超出适用范围时需重新验证或调整基体匹配策略的要求。3.3样品制备样品制备是本标准技术路线的关键环节，标准规定了两种可供选择的制备方式：（1）粉末压片法（推荐）。取经风干、研磨、过筛（粒径≤0.075mm）的土壤或沉积物样品，在适宜压力条件下制成具有一定厚度和机械强度的样片，直接上机测量。该法制备流程简便，适用于绝大多数土壤和沉积物样品。（2）松散粉末法（可选）。将处理后的样品装入特定的样品杯中，底部以聚酯薄膜（Mylar膜）或铍窗支撑后直接测量。该法适用于样品量较少或需要减小制样过程污染风险的情形。为防止样品间的交叉污染，标准对研磨设备（如玛瑙研钵、振动磨）、过筛器具和压片模具的清洗和残留控制提出了明确的操作规程要求。同时，标准规定了样品称量量和样片厚度需满足"无限厚"条件的判定原则，以确保测量结果的代表性。3.4仪器与设备标准对能量色散X射线荧光光谱仪的主要技术指标规定了基本要求：X射线管靶材可为Rh、Ag、W等，最大激发电压应不低于40kV；探测器能量分辨率应优于180eV（MnKα处）；测量时样品室内应保持适当的真空或气氛条件（如氦气环境），以减少轻元素对低能X射线的吸收。此外，标准对分析天平的精度（感量不低于0.1mg）和压片模具等辅助设备提出了配套要求，并规定了仪器安装、开机、能量校准、灵敏度核查和漂移校正等日常管理要求。3.5方法性能指标经多家实验室针对不同类型实际样品的协同验证，本方法的主要性能指标如下：|元素|检出限（mg/kg）|测定范围（mg/kg）|精密度（RSD，%）||------|----------------|------------------|-----------------||As|2~3|5~1000|3.8~10.2||Cd|0.8~1.5|2~500|4.5~12.6||Co|1.5~2.5|3~500|3.2~8.8||Cr|3~5|8~2000|2.5~7.5||Cu|1.5~2.5|3~1000|2.8~6.9||Mn|5~8|15~5000|2.0~5.5||Ni|1.5~2.5|3~1000|3.0~7.2||Pb|2~4|5~1500|3.5~8.5||V|3~5|8~1000|4.0~10.5||Zn|2~3|5~3000|2.2~6.0||Sb|2~4|5~800|4.8~13.5|方法各元素检出限均可满足GB15618-2018和GB36600-2018中对应元素的土壤污染风险筛选值测定要求，准确度（以相对误差计）在±20%以内。3.6质量保证与质量控制为保证测量结果的可靠性，标准对质量保证与质量控制（QA/QC）体系作出了系统规定，具体包括空白样品的测定要求、标准物质/质控样品（国家有证标准物质或自配质控样品）的频次与判定限、平行样测定频率与相对偏差允许范围（≤15%）、加标回收率要求（80%~120%）以及仪器漂移核查频次等。标准还规定了超出质量控制指标时需采取的纠正措施和样品复测要求。4标准主要参与单位介绍本标准的制定汇聚了国内生态环境监测领域多家权威技术机构的专业力量。以下重点介绍本标准的牵头起草单位——中国环境监测总站。中国环境监测总站是生态环境部直属的生态环境监测技术支撑与管理机构，承担全国生态环境监测的技术指导、质量监督和数据综合评价等核心职能，也是全国生态环境监测标准制修订工作的主要技术归口单位。多年来，中国环境监测总站主持或参与制修订了数百项国家环境保护标准和生态环境监测行业标准，在土壤环境监测、水环境监测、大气环境监测等领域积累了丰富的标准化实践经验。在土壤环境监测领域，该站先后牵头完成了全国土壤污染状况详查的技术方案编制与质量保证工作，牵头制定了多项土壤和沉积物分析方法系列标准，构建了覆盖重金属、有机污染物等多种目标物的土壤环境监测技术标准体系。在本标准的研制过程中，中国环境监测总站充分发挥了其在标准顶层设计、方法验证统筹、质量控制规范制定等方面的核心引领作用。总站组织多家验证实验室针对我国典型类型土壤（红壤、褐土、黑土、潮土、水稻土等）和不同污染程度沉积物样品开展了系统性方法验证工作，为标准中技术参数的确定和质量控制指标的建立提供了翔实的实验依据，并牵头完成了标准文本和编制说明的起草工作。此外，本标准编制过程中还得到了中国科学院南京土壤研究所、国家环境分析测试中心、部分省级生态环境监测中心以及多家国内主要X射线荧光光谱仪生产企业的技术支持与配合，充分体现了"产、学、研、用"协同推进标准研制的组织模式。5结论与展望5.1主要结论本标准（HJ1425-2025）作为我国首项覆盖土壤和沉积物中11种重金属元素同时测定的能量色散X射线荧光光谱法环保行业标准，具有以下突出特点和显著优势：（1）技术先进、高效快捷。采用粉末压片制样配合能量色散X射线荧光光谱仪直接测量的技术路线，单个样品从制样到获取11种元素全部分析结果的时间不超过30分钟，相较传统消解-光谱/质谱联用法效率提升5倍以上，显著降低了批量样品分析的周期和成本。（2）绿色环保、低碳减排。方法不涉及浓酸消解和大量化学试剂使用，单样分析产生的废液