VIETNAM CONFERENCE ON NUCLEAR SCIENCE AND TECHNOLOGY (VINANST-14), LAM DONG, 2021 1 ENERGY-DISPERSIVE X-RAY FLUORESCENCE TECHNIQUE FOR ANALYSING SOME MAIN ELEMENTS IN AIR SUSPENDED PARTICULATE MATTER PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HUỲNH QUANG TIA X (XRF) PHÂN TÍCH

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

ENERGY-DISPERSIVE X-RAY FLUORESCENCE TECHNIQUE FOR ANALYSING SOME
MAIN ELEMENTS IN AIR SUSPENDED PARTICULATE MATTER

PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH HUỲNH QUANG TIA X (XRF) PHÂN TÍCH
MỘT SỐ NGUYÊN TỐ CHỦ YẾU TRONG MẪU BỤI KHÍ

NGUYỄN HUYỀN TRANG*, VƯƠNG THU BẮC,

NGUYỄN VĂN KHÁNH,

DƯƠNG ĐỨC THẮNG

Institute for Nuclear Science and Technology (INST), 179 Hoang Quoc Viet, Cau Giay, Ha Noi

(*)Email:

Astract: Currently, suspended particulate matter in the air is one of the agents that
seriously affect human health and the ecosystem, especially fine dust. In this report, we
present the energy-dispersive X-ray fluorescence (ED-XRF) method to analyze some main
elements in the total suspended particulates (TSP). 41 TSP samples in a number of
provinces with important locations and densely populated areas in Vietnam were collected
and analyzed with the ED-XRF method. To evaluate the quality and reliability of the
analytical method. Some international reference samples were analysed with the same
method. The analysed results of TSP samples showed that the ED-XRF method can be
applied sucessful for main elements such as Si, K, Ca, Cr, Fe, Cu, Zn, Sr, Zr and Pb,... in
TSP samples with quite good reliability.

Keywords: ED-XEF analytical method, contrentration of chemical elements in TSP.

Tómtắt: Hiện nay, bụi lơ lửngtrongkhơngkhí là một trongnhững tác nhângây ảnh hưởng
nghiêm trọng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái, đặc biệt là bụi mịn. Trong báo cáo
này, chúng tôi trình bày phương pháp phân tích huỳnh quang tia X phân giải theo năng
lượng (ED-XRF) để phân tích hàm lượng một số nguyên tố chủ yếu trong mẫu bụi khí lơ
lửng tổng cộng (TSP). 41 mẫu TSP tại một số tỉnh có vị trí quan trọng và tập trung đông
dân cư tại Việt Nam đã được thu góp và phân tích. Để đánh giá chất lượng và độ tin cậy
của phương pháp phân tích, một số mẫu chuẩn quốc tế cũng đã được phân tích bởi cùng
một phương pháp. Kết quả phân tích các mẫu bụi khí TSP cho thấy có thể áp dụng kỹ thuật
ED-XRF để phân tích xác định hàm lượng của các ngun tố hố học chủ yếu như Si, K,
Ca, Cr, Fe, Cu, Zn, Sr, Zr and Pb,... trong mẫu TSP với độ tin cậy khá tốt.

Từ khóa: Kỹ thuật phân tích ED-XRF, hàm lượng các ngun tố hóa học chủ yếu trong TSP.

1. GIỚI THIỆU

Hiện nay, ơ nhiễm bụi khí là vấn đề được tồn thế giới quan tâm, bởi nó là tác nhân gây
ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và hệ sinh thái, đặc biệt là bụi min. Các dạng bụi
mịn được quan tâm nhiều là TSP, PM10 và PM2,5. Tổng bụi lơ lửng (TSP) là tổng các hạt bụi có
đường kính nhỏ hơn hoặc bằng 100 m. PM10 là các hạt có thể hít vào, đường kính từ 2,5-10
µm, chúng có thể tiếp cận hệ hơ hấp và làm giảm chức năng phổi. PM2,5 là các hạt mịn có đường
kính nhỏ hơn 2,5 µm, chúng có khả năng thâm nhập vào phổi, làm hại phổi, da, mắt. Ngồi ra,
những hạt bụi có đường kính nhỏ hơn 1 µm, một phần bụi có thể đi vào máu gây bệnh tim và
mất trí nhớ [3, 5]. Theo báo cáo chất lượng khơng khí thế giới năm 2019, thế giới có khoảng
6,67 triệu người chết do phơi nhiễm với ơ nhiễm khơng khí, trong đó có 4,14 triệu ca tử vong
do bụi PM2,5 trong khơng khí bên ngồi gây ra. Tại Việt Nam, ơ nhiễm khơng khí là một trong
năm yếu tố nguy cơ hàng đầu gây ra gánh nặng bệnh tật và tử vong sớm, chỉ xếp sau cao huyết
áp, hút thuốc lá, đái tháo đường và nguy cơ liên quan đến yếu tố dinh dưỡng. Các quốc gia và
vùng lãnh thổ ở Đông Á, Đông Nam Á và Nam Á đang phải ghánh chịu nồng độ PM2,5 trung
bình hàng năm cao nhất theo dân số. Đáng chú ý, năm 2019, Việt Nam là quốc gia có nồng độ
bụi PM2,5 trung bình (µg/m3) cao thứ 15 trên tổng số 98 quốc gia được khảo sát.

1

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021
Nồng độ PM2,5 trung bình tại Việt Nam ở mức 34,1 µg/m3, đây là mức nồng độ khơng tốt

với mọi người, đặc biệt là những người nhạy cảm có nguy cơ gặp phải các vấn đề dị ứng và hô
hấp. Đáng lưu ý, WHO khuyến cáo ngưỡng phơi nhiễm PM2,5 trung bình hàng năm là 10 µg/m3
để giảm thiểu rủi ro ảnh hưởng sức khỏe tới con người [12]. Như vậy, Việt Nam chúng ta đang
là quốc gia có nguy cơ cao do ơ nhiễm bụi khí. Các hoạt động nghiên cứu, đánh giá tác động
của ô nhiễm khơng khí đến sức khỏe con người và xây dựng chính sách kiểm sốt chất lượng
khơng khí là một trong những vấn đề cấp thiết hiện nay tại Việt Nam và trên toàn thế giới.

Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu về những vấn đề xung quanh bụi mịn, trong đó
sử dụng nhiều phương pháp khác nhau như sử dụng đánh giá tương quan, mơ hình lan truyền,
giải đốn vệ tinh hoặc sử dụng phương pháp phân tích hóa học để nghiên cứu về nguồn phát
thải, đặc điểm vật lý và hóa học của các loại bụi [6]. Hiện nay, một số nghiên cứu quan trắc môi
trường trong nước đang tiến hành xác định một số nhân phóng xạ trong mẫu bụi TSP, đồng thời
kết hợp nghiên cứu nồng độ của một số nguyên tố chủ yếu. Trong báo cáo này chúng tơi trình
bày về phương pháp phân tích huỳnh quang tia X để phân tích một số nguyên tố chủ yếu trong
mẫu TSP. Để đánh giá chất lượng và độ tin cậy của phương pháp phân tích, một số mẫu chuẩn
quốc tế cũng đã được phân tích bởi cùng một phương pháp.
2. KỸ THUẬT PHÂN TÍCH HUỲNH QUANG TIA X

Tia X là bức xạ điện từ có bước sóng từ 10-5-100A, được tạo ra do sự hãm đột ngột của
điện tử năng lượng cao hoặc bởi sự dịch chuyển điện tử từ mức năng lượng cao về mức năng
lượng thấp trong nguyên tử. Do đó ta có hai loại bức xạ tia X: bức xạ hãm và bức xạ đặc trưng.
Trong phương pháp phân tích phổ huỳnh quang tia X, ta quan tâm đến bức xạ tia X đặc trưng
vì nó giúp ta phân tích định tính và định lượng hàm lượng nguyên tố phát ra nó. Hình 1 mơ tả
q trình phát tia X đặc trưng (a) và quá trình phát electron Auger (b).

Cường độ tia X đặc trưng không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng của ngun tố mà cịn phụ
thuộc vào nhiều thơng số vật lý, kỹ thuật khác liên quan đến nguồn bức xạ kích thích, các hằng
số nguyên tử của nguyên tố, thành phần và kích thước mẫu cũng như hình học nguồn-mẫu-
detector [1, 4]. Hình 2 dướiđây mơ tả hình học nguồn-mẫu-detector minh họa cho phương pháp
tính cường độ tia X huỳnh quang đặc trưng.

Hình 1. Quá trình phát tia X đặc trưng (a) và quá trình phát electron Auger (b)

2

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

Hình 2. Hình học nguồn- mẫu- detector minh họa cho phương pháp tính cường độ tia X
huỳnh quang đặc trưng

Sơ đồ thí nghiệm như hình 2 và đảm bảo một số điều kiện khác như bề mặt mẫu phân tích
phải phẳng và nhẵn, mẫu đồng nhất và các nguyên tố có trong mẫu phân bố đồng đều, chùm tia
sơ cấp dọi vào để kích thích mẫu và chùm tia X đặc trưng phát ra từ mẫu trong một góc hẹp.
Cường độ tia X đặc trưng của một nguyên tố j phát ra từ lớp dx của mẫu có thể tính theo cơng
thức sau đây:

𝐼𝑗(𝑥)𝑑𝑥 = 𝑔.𝐼0.𝑃𝑗 ,𝐸1.𝜇𝑗,𝐸1.𝜔𝑗.𝜌.𝐶𝑗 𝑁 𝜌𝑥
. 𝑒𝑥𝑝 [− ∑𝑖=1[(𝜇𝑖,𝐸1 + 𝜇𝑖,𝐸2). 𝐶𝑖 ] ] 𝑑𝑥 (1)
𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑠𝑖𝑛𝜑

Trong đó: g là hệ số xác định bởi hiệu suất của detector và hệ số hình học nguồn- mẫu- detector
- 𝐼0 là cường độ nguồn tia X sơ cấp (tia X kích thích mẫu)
- 𝑃𝑗,𝐸1 là hiệu suất hấp thụ quang điện của ngun tố j đối với tia X kích thích có năng
-

lượng E1
-
- 𝜔𝑗 là hiệu suất phát tia X đặc trưng của nguyên tố j
- 𝜇𝑗,𝐸1 là hệ số hấp thụ khối của nguyên tố j đối với tia X kích thích có năng lượng E1
- 𝐶𝑗 là hàm lượng nguyên tố j có trong mẫu
𝜌 là mật độ của mẫu phân tích

Ngồi ra, trong cơng thức (1) cịn bao hàm một biểu thức với ý nghĩa như sau:

𝑒𝑥𝑝 [− ∑𝑁𝑖=1(𝜇𝑖,𝐸1 . 𝐶𝑖) 𝜌𝑥 𝑠𝑖𝑛𝜑 ] là phần tia X sơ cấp chiếu lên mẫu và đi được tới lớp dx nằm sâu 1
trong mẫu, với: 𝜇𝑖,𝐸1 là hệ số hấp thụ khối của nguyên tử thứ i có trong mẫu đối với tia X sơ
cấp có năng lượng E1; 𝐶𝑖 là hàm lượng nguyên tố thứ I có trong mẫu theo phần trăm; N là số
nguyên tố hóa học có trong mẫu; x là bề dày mẫu; 𝜑1 là góc tạo bởi tia X kích thích và bề mặt
mẫu.

𝑒𝑥𝑝 [− ∑𝑁𝑖=1(𝜇𝑖,𝐸2 . 𝐶𝑖) 𝜌𝑥 𝑠𝑖𝑛𝜑 ] là phần tia X đặc trưng sinh ra trong lớp dx và thoát được 2
ra khỏi mẫu để tới detector, tương tự như trên ta có: 𝜇𝑖,𝐸2 là hệ số hấp thụ khối của nguyên tử
thứ i có trong mẫu đối với tia X đặc trưng có năng lượng E2; 𝜑2 là góc tạo bởi tia X đặc trưng
và bề mặt mẫu. Để đơn giản hóa trong tính tốn thường giả thiết 𝜑1 = 𝜑2 = 𝜑. Trong nghiên
cứu này, mẫu bụi khí TSP là dạng mẫu mỏng. Tích phân phương trình (1) và xét mẫu mỏng ta

thu được kết quả trị cường độ tia X đặc trưng như sau:

𝐼𝑗 = 𝑔. 𝐼0 . 𝑃𝑗,𝐸1. 𝜇𝑗,𝐸1. 𝜔𝑗 . 𝐶𝑗. 𝜌. 𝑥 (2)

Mặt khác, ta có: 𝐶𝑗. 𝜌. 𝑥 = 𝑚𝑗, với 𝑚𝑗 là khối lượng nguyên tố j phát tia X đặc trưng
được tính theo đơn vị (g/cm2); trong điều kiện phân tích cụ thể giá trị tích của
𝑔. 𝐼0. 𝑃𝑗,𝐸1 . 𝜇𝑗,𝐸1 . 𝜔𝑗 được coi là một hằng số, chỉ phụ thuộc vào nguyên tố phát tia X đặc trưng

3

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

và điều kiện thực nghiệm mà không phụ thuộc vào ma trận mẫu, do đó có thể chuyển phương

trình (2) thành:

𝐼𝑗 = 𝑅𝑗. 𝑚𝑗 (3)

Trong đó: 𝑅𝑗 = 𝑔. 𝐼0. 𝑃𝑗,𝐸1. 𝜇𝑗,𝐸1. 𝜔𝑗
Từ phương trình (3) cho thấy cường độ tia X đặc trưng phụ thuộc tuyến tính vào hàm
lượng của nguyên tố. Muốn đạt được độ nhạy cao cần:

- Bố trí hình học nguồn-mẫu-detector tối ưu để tăng giá trị của hệ số hình học g
- Chọn bức xạ kích thích có năng lượng thích hợp để tăng tiết diện hấp thụ quang điện

𝑃𝑗,𝐸1
- Tăng cường độ nguồn bức xạ sơ cấp 𝐼0 [1].

Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phương pháp tham số cơ bản (FP) có sử dụng
mẫu chuẩn để thực hiện phân tích phổ huỳnh quang tia X trong định tính và định lượng hàm
lượng các nguyên tố có mặt trong mẫu. Các ngun tố hóa học có trong mẫu được kích thích
bằng tia X sẽ phát ra các tia X có năng lượng đặc trưng cho từng nguyên tố. Trong phân tích
định tính, năng lượng tia X đặc trưng làm thơng số đầu vào để nhận dạng các đỉnh năng lượng
trong phổ huỳnh quang tia X. Đối với phân tích định lượng, có hai bước trong phân tích XRF
sử dụng phương pháp tham số cơ bản FP. Bước thứ nhất là hiệu chỉnh chức năng phản hồi cho
từng nguyên tố từ một hoặc nhiều mẫu chuẩn, bước này được gọi là bước hiệu chuẩn. Bước thứ
hai là thiết lập các tham số cơ bản dùng để phân tích mẫu của một vật liệu nhất định, thông số
đầu vào là các hệ số hiệu chuẩn được lưu trữ trước đó và các định nghĩa về mẫu (số lớp của
mẫu, các nguyên tố hóa học trong mỗi lớp, mật độ,…). Phương pháp tham số cơ bản (FP) sử

dụng mối quan hệ lý thuyết giữa cường độ tia X đo được và hàm lượng của các nguyên tố trong
một mẫu nhất định [8]. Các mẫu chuẩn và mẫu phân tích được thiết lập trong cùng một điều
kiện đo. Sau khi thiết lập các tham số sử dụng cho phép đo, phần mềm sẽ thực hiện các phép
tính tốn để đưa ra giá trị cường độ tia X đặc trưng và hàm lượng các nguyên tố trong mẫu.

3. THIẾT BỊ THU GÓP MẪU

Thiết bị thu góp mẫu bụi khí (F&J Specialty Products, UHV600 Series) được tích hợp 2
kênh, kênh thu góp mẫu bụi tổng để phân tích phóng xạ và kênh thu góp mẫu bụi tổng để phân
tích Iodine phóng xạ [10]. Một phin lọc nữa được đặt trước đầu lọc Iodine. Phin lọc này được
sử dụng làm mẫu để phân tích hàm lượng các ngun tố hóa học chủ yếu. Dưới đây là hình ảnh
thiết bị máy thu góp bụi khí được đặt tại các trạm quan trắc:

Hình 3. Thiết bị thu góp mẫu bụi khí
4. THIẾT BỊ PHÂN TÍCH MẪU

4

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021
4.1. Phổ kế huỳnh quang SEA2100

Các mẫu sau khi thu góp được phân tích trên hệ phổ kế SEA2100 tại Viện Khoa học và
Kỹ thuật hạt nhân (KH&KTHN). Dưới đây là hình ảnh hệ phổ kế huỳnh quang SEA-2100:

Hình 4. Hệ phổ kế huỳnh quang SEA2100
Hệ phổ kế huỳnh quang SEA-2100 gồm: Buồng chứa mẫu chân khơng, ống phóng tia X,
detector bán dẫn Si (Li), khối tiền khuếch đại và khuyếch đại (Amp), bộ biến đổi tương tự thành
số (ADC), khối phân tích biên độ đa kênh (MCA), máy tính (PC).
Buồng chứa mẫu có thể chứa mẫu có kích thước tối đa Ø 140~120𝑚𝑚 × 70𝑚𝑚 và
được trang bị cửa sổ kính chì dùng để quan sát mẫu. Thiết bị có thể phân tích mẫu rắn, lỏng và

mẫu dạng bột. Khi phân tích mẫu, buồng chứa mẫu ln đóng và có thể đặt ở trạng thái chân
khơng hoặc trạng thái bình thường.
Detector bán dẫn Si(Li) được sử dụng để ghi nhận các tia X đặc trưng. Detector có cửa
sổ Beryllium mỏng với diện tích vùng nhạy là 12 mm2 và được làm mát bằng ni tơ lỏng. Bình
chứa ni tơ lỏng có thể tích 10 L, với mức tiêu thụ trung bình khoảng 1 L/ngày.
Ống phóng tia X là một ống chân không tạo ra các tia X sơ cấp. Ống phóng tia X chứa
một dây tóc, khi bị nung nóng trong chân khơng sẽ tạo ra các nhiệt điện tử. Các nhiệt điện tử
được tăng tốc bởi một điện áp cao và bắn phá một cực dương kim loại tạo ra tia X sơ cấp.
SEA2100 sử dụng bia Rhodium và điện áp 5KV, 15KV, 50KV được áp dụng cho các điện cực.
Khu vực phân tích mẫu có đường kính 10 mm [13]. Ống phóng tia X là phần trung tâm của hệ
SEA2100 và được ngâm trong dầu cách điện. Cấu trúc của ống phóng tia X được mơ tả trong
hình sau.

Hình 5. Ống phóng tia X
5

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

4.2. Sơ đồ khối và nguyên tắc hoạt động

Hình 6. Sơ đồ khối hệ phổ kế SEA2100

Nguyên tắc hoạt động của hệ phổ kế huỳnh quang SEA-2100 như sau: Chùm tia X sơ
cấp được sinh ra từ ống phóng tia X chiếu vào mẫu, kích thích mẫu phát tia X huỳnh quang.
Tia X huỳnh quang tạo ra từ mẫu được ghi nhận bởi detector bán dẫn Si(Li). Tín hiệu lối ra của
detector là xung dịng có tạp âm lớn, chưa phù hợp với lối vào của hệ điện tử phía sau. Vì vậy,
khối tiền khuếch đại được đặt ngay sau detector, nhiệm vụ của khối tiền khuếch đại là khuếch
đại sơ bộ tín hiệu. Tín hiệu được khuyếch đại sơ bộ được chuyển đến khối khuyếch đại. Khối
khuyếch đại chấp nhận các xung có biên độ nhỏ từ khối tiền khuyếch đại và sẽ khuyếch đại các
xung này. Ngồi ra, khối khuyếch đại cịn có nhiệm vụ tạo dạng xung giúp cho phổ nhận được

có chất lượng cao. Xung lối ra của khối khuyếch đại đi vào bộ biến đổi tương tự số (ADC). Bộ
biến đổi tương tự số thực hiện việc phân tích biên độ xung và đưa thông tin vào khối phân tích
đa kênh. Tín hiệu lối ra từ khối ADC là một con số nhị phân. Độ lớn của số này tỷ lệ với biên
độ xung của lối vào. Số nhị phân nhận được từ ADC thường được gọi là địa chỉ. Cần lưu lại địa
chỉ này để quan sát và phân tích tiếp theo. Bên trong khối phân tích đa kênh có bộ nhớ để lưu
trữ phổ và kèm theo phần mềm hiển thị cũng như phân tích phổ. Phổ kế huỳnh quang SEA2100
sử dụng bộ phân tích biên độ đa khênh có thể bao phủ tới 2000 kênh. Để có thể quan sát phổ và
thực hiện các phép đo định tính và định lượng, cần kết nối với màn hình máy tính kèm theo
phần mềm phân tích phổ [2, 15].
5. THU GĨP MẪU VÀ PHÂN TÍCH

Mẫu bụi TSP được thu góp hàng tháng tại 4 trạm cố định đặt tại Bãi Cháy (BC), Hải
Phịng (HP), Lào Cai (LC) và Móng Cái (MC) một năm tròn từ tháng 7/2020 đến 6/2021. Đây
là những thành phố lớn, tập trung đông dân cư và gần với các nhà máy điện hạt nhân Phòng
Thành, Xương Giang của Trung Quốc. Các trạm quan trắc này có nhiệm vụ quan trắc và đưa ra
thơng tin cảnh báo tình trạng phóng xạ trong mơi trường nhằm phát hiện kịp thời mọi biến động
phóng xạ và ứng phó khẩn cấp sự cố bức xạ và hạt nhân có nguồn gốc xuyên biên giới, đồng
thời có thể kết hợp để thu góp mẫu bụi tổng dùng phin lọc đặt trước khi dịng khí đi đến phin
lọc để thu góp mẫu cho phân tích Iodine. Vì lý do an ninh nên các thiết bị này được đặt tại trạm
quan trắc khí tượng của các tỉnh.

Phin lọc được sử dụng trong nghiên cứu này là phin lọc FP-X được làm từ 100% vi sợi
thủy tinh, có độ dày 0,3556 mm (0,014 inch) và đường kính 10 cm (diện tích 78,54 cm2), có
tính trơ và kháng hóa chất cao. Ngồi ra, phin lọc này cịn có khả năng chịu nhiệt cao và có khả
năng lưu giữ các hạt bụi có đường kính hạt bụi nằm trong khoảng 0,75-1,5 𝜇𝑚 với hiệu suất
thu góp rất cao. Sử dụng phin lọc FP-X thay cho giấy lọc xenlulozo thông thường có thể tăng
khả năng thu thập tất cả các loại hạt bụi. Điều này, đặc biệt hữu ích khi làm việc với các mẫu
có chứa nồng độ hạt rất cao. Trước và sau khi thu góp mẫu, các phin lọc đều được cân để xác

6

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021
định khối lượng bụi trên phin. Các thơng số liên quan trong q trình thu góp mẫu đều được
ghi chép đầy đủ.

Để đại diện được cho cả tháng, các mẫu bụi TSP được thu góp theo chế độ có thể cài đặt
trên máy, mỗi ngày chạy 8 giờ (chạy 1 giờ và nghỉ 2 giờ) với lưu lượng dịng khí qua phin là
90 L/phút. Các mẫu mẫu thu được trên phin lọc FP-X có bề mặt đồng đều và mỏng, được sử
dụng đo trực tiếp trong phép phân tích huỳnh quang tia X [9, 10, 11]. Dưới đây là hình ảnh mẫu
sau thu góp trên phin lọc FP-X sau khi thu góp mẫu bụi khí:

Hình 7. Hình ảnh mẫu bụi khí TSP

Phổ kế ED-XRF model SEA-2110 sử dụng trong nghiên cứu được thiết lập chế độ phân
tích mẫu cho mẫu dạng phin lọc với cao thế 50 kV, thời gian kích thích mẫu để thu phổ đặc
trưng là 900 sec cho mỗi mẫu. Mẫu đo được đặt trong buồng chân không để hạn chế sự hấp thụ
bức xạ đặc trưng đi đến detector bán dẫn Si(Li). Các phổ thu được được xử lý bằng phần mềm
chuyên dụng đi kèm thiết bị mang tên X-Ray Station phiên bản 6.11.0.0 do công ty SEIKO
Instruments của Nhật Bản chế tạo. Phin trắng và mẫu đo được phân tích trong điều kiện phân
tích như nhau. Nồng độ các nguyên tố trong mẫu trắng đã được loại trừ trong kết quả báo cáo.
6. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

41 mẫu bụi TSP tại 4 trạm quan trắc trong thời gian một năm tròn từ 7/2020 đến tháng
6/2021 đã được phân tích. Nồng độ bụi tổng TSP và hàm lượng 10 nguyên tố hóa học chủ yếu
như Si, K, Ca, Cr, Fe, Cu, Zn, Sr, Zr and Pb,... trong một mét khối khơng khí đã được xác định
với sai số tương đối trung bình nhỏ hơn khoảng 35% tùy thuộc vào nồng độ của các ngun tố.
Ví dụ như Si, K, Fe, Zn, Pb thì sai số này nhỏ hơn 20% còn các nguyên tố khác sai số lớn hơn
do nồng độ quá nhỏ. Phổ đặc trưng tiêu biểu được trình bày trong hình 8 dưới đây.

7

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

Hình 8. Phổ đặc trưng tiêu biểu của mẫu bụi tổng TSP.

Dải nồng độ bụi tổng TSP, hàm lượng các nguyên tố hóa học và giá trị trung bình, độ lệch
chuẩn tương ứng được trình bày trong bảng 1. Sơ bộ có thể nhận thấy hàm lượng các nguyên
tố có nguồn gốc từ bụi đất như Si, Fe, Ca chiếm nhiều hơn cả, tiếp đến là các nguyên tố phát
sinh từ giao thông vận tải như Zn, V, Ti, Pb và các hoạt động công nghiệp… Các tác giả vẫn
đang tiếp tục thu góp và phân tích mẫu, đồng thời xử lý thơng kê số liệu thu được để có được
các kết luận cụ thể hơn về loại bụi TSP này.

Số liệu chi tiết cho từng nguyên tố và sai số tương ứng được trình bày trong bảng 1 và
bảng 2. Trong đó TSP là nồng độ bụi tổng với đơn vị là g/m3. HL (ng/m3) – Hàm lượng và SS
(ng/m3) – Sai số hàm lượng.

Bảng 1. Dải nồng độ bụi tổng TSP, hàm lượng các ngun tố hóa học và giá trị trung bình,
độ lệch chuẩn tương ứng, đơn vị ng/m3.

Chỉ tiêu/ ng.tố Min Max Trung bình Độ lệch chuẩn
TSP 20642.6 256894.2 77910.1 45906.5
Si 10608.0 3251.6 1620.3
Ca 804.6 1817.9 912.6
Zn 114.6 4871.0 1739.8 759.2
K 695.3 4649.5 1407.4 1130.0
Fe 5023.4 1220.1 781.2
V 62.7 3849.2 492.1 508.5
Ti 236.1 2222.7 221.8 177.2
Pb 582.7 50.6 24.3
Zr 0.2 111.1 33.6 11.9

Cu 38.3 31.7 20.2
Mn 0.6 77.5 28.7 21.2
Sr 15.6 81.6 14.1 4.6
Br 1.8 80.5 9.2 5.2
Cr 0.2 26.6 5.0 6.1
7.2 21.7
2.8 28.6
0.8

8

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

Bảng 2. Nồng độ bụi tổng TSP và hàm lượng các nguyên tố hóa học

Ký hiệu Nồng Hàm lượng các nguyên tố hóa học, ng/m3
mẫu độ TSP,
g/m3 Si K Ca Fe Cr
BC 7-20 HL SS HL SS
BC 8-20 HL SS HL SS HL SS
BC 9-20
BC 10-20 35.941 1573 21 356 45 1175 345 369 19 1.1 0.6
BC 11-20 52.109 2426 53 1439 171 1643 462 852 32 3.3 1.1
BC 12-20 66.648 3303 74 1287 515 1109 45 nd
BC 1-21 94.909 4014 86 833 114 2902 716 741 37 4.9 2.0
BC 3-21 94.676 3603 78 1402 163 2596 710 1761 53 2.9 0.8
BC 4-21 95.346 4324 94 1940 246 2530 737 2240 59 6.9 3.8
BC 5-21 256.894 5631 123 2083 758 3849 77 28.6 12.7
BC 6-21 114.631 2766 63 951 124 2730 734 1581 52 nd
HP 7-20 76.128 3281 72 63 9 1822 577 1043 42 nd

HP 8-20 44.944 2168 50 113 661 38 nd
HP 9-20 51.631 2665 60 1315 165 139 532 785 38 nd
HP 10-20 111.647 2908 66 2443 314 1351 468 409 32 nd
HP 11-20 37.890 2677 59 1109 308 442 26 2.7 0.8
HP 12-20 30.430 3916 83 63 14 493 236 22 nd
HP 1-21 95.458 3674 81 491 71 687 478 740 38 1.0 0.3
HP 3-21 95.521 3704 80 2109 306 1401 625 1327 48 2.3 1.3
HP 4-21 95.838 3790 85 313 44 1114 681 1515 53 9.6 8.8
HP 5-21 95.736 2757 63 1689 221 2155 603 1783 55 5.6 2.2
HP 6-21 71.991 3548 76 697 96 2249 680 823 36 2.2 1.2
LC 7-20 31.613 4191 89 2991 370 1836 696 492 33 nd
LC 8-20 20.643 3760 79 2790 354 2784 543 367 27 nd
LC 9-20 26.471 2651 58 2869 371 2985 491 559 34 1.3 0.4
LC 10-20 44.721 805 19 2156 246 1650 282 1009 24 2.9 1.6
LC 11-20 54.437 6663 148 2880 343 1453 251 1250 68 2.4 0.7
LC 12-20 43.718 1638 37 661 84 1042 545 782 33 nd
LC 1-21 78.568 2720 61 2051 268 625 1274 42 3.0 1.6
LC 2-21 78.505 2596 58 958 110 353 562 1262 42 3.0 1.7
LC 3-21 83.342 1780 42 1776 586 1583 44 nd
MC 7-20 95.650 2205 52 63 13 2636 727 2042 57 6.1 2.8
MC 8-20 50.897 2437 54 746 101 1917 543 796 35 1.3 0.4
MC 10-20 61.078 805 20 2173 251 2236 503 1408 43 3.8 1.3
MC 11-20 36.683 1858 42 1617 201 2819 430 25 1.0 0.3
MC 12-20 39.187 2517 58 1215 142 1683 34 637 36 nd
MC 1-21 95.364 3634 78 3186 372 1394 93 803 36 4.9 1.5
MC 3-21 176.216 3195 70 600 71 584 1935 55 3.5 1.2
MC 4-21 176.148 3937 88 115 688 2913 66 20.4 11.2
MC 5-21 91.265 3627 83 63 9 115 635 3124 68 10.4 9.5
MC 6-21 127.468 10608 229 63 14 1945 627 1480 93 nd
53.684 3358 75 63 13 2503 1538 1069 43 3.9 1.7

48.344 3130 69 2064 261 1665 627 979 40 0.8 0.2
61.943 2475 56 1819 218 1589 651 1565 51 1.5 0.4
516 72 4871 601
653 93 1987
5023 642 2589
1543 202 1622
2775 321
63 8

9

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

Bảng 3. Hàm lượng các nguyên tố hóa học

Ký hiệu Hàm lượng các nguyên tố hóa học, ng/m3
mẫu
Cu Zn Sr Zr Pb
BC 7-20 HL SS HL SS
BC 8-20 HL SS HL SS HL SS
BC 9-20 nd
BC 10-20 24.4 1.8 1096.3 65.6 7.6 0.4 19.0 1.7 31.8 5.4
BC 11-20
BC 12-20 63.1 4.0 1224.0 75.4 10.4 0.5 24.5 2.2 nd
BC 1-21 40.8 7.1
BC 3-21 26.7 2.2 1583.8 99.4 14.1 0.7 36.8 3.3 51.8 24.1
BC 4-21 69.2 21.9
BC 5-21 28.1 2.2 1965.8 119.4 12.7 0.6 36.2 3.2 72.7 24.5
BC 6-21 16.8 3.0
HP 7-20 19.5 1.6 1115.1 71.0 20.5 1.0 32.2 2.9

HP 8-20 nd
HP 9-20 6.6 0.6 1074.6 70.1 16.7 0.8 46.8 4.1 nd
HP 10-20 23.6 5.9
HP 11-20 nd 695.3 50.8 26.6 1.3 56.8 5.2 0.6 0.1
HP 12-20 42.9 15.2
HP 1-21 3.9 0.4 1509.9 96.0 16.1 0.8 35.7 3.3 nd
HP 3-21 53.5 23.5
HP 4-21 14.5 1.2 1520.9 93.2 12.6 0.6 36.8 3.2 81.8 17.6
HP 5-21 74.8 20.4
HP 6-21 44.9 3.4 2060.5 127.1 18.9 0.9 32.8 3.0 94.4 15.6
LC 7-20 22.2 4.4
LC 8-20 32.7 2.6 1967.8 121.0 16.6 0.8 35.0 3.1 32.0 4.8
LC 9-20 34.4 4.6
LC 10-20 73.0 5.1 2493.7 151.3 18.4 0.9 33.6 3.0 39.6 6.9
LC 11-20 23.5 8.3
LC 12-20 31.7 2.4 1913.7 115.5 9.3 0.5 16.6 1.6 69.2 8.7
LC 1-21 39.6 19.1
LC 2-21 47.1 3.4 2113.6 125.0 10.5 0.5 25.2 2.3 44.6 7.6
LC 3-21 47.8 18.8
MC 7-20 48.5 3.7 2565.2 155.0 17.4 0.8 31.8 2.9 67.5 11.9
MC 8-20 81.2 17.8
MC 10-20 23.0 1.9 1740.4 107.2 17.4 0.8 23.9 2.3 43.7 20.7
MC 11-20 57.6 16.3
MC 12-20 43.5 3.4 2363.5 147.0 19.4 1.0 44.4 3.9 nd
MC 1-21 nd
MC 3-21 44.7 3.4 2067.1 127.8 10.2 0.5 33.2 3.1 39.7 6.0
MC 4-21 66.2 21.0
MC 5-21 22.7 1.8 1634.8 99.0 9.6 0.5 29.8 2.7 33.8 5.1
MC 6-21 74.4 19.9
44.0 3.2 2074.3 124.6 11.3 0.6 28.4 2.6 111.1 16.7

nd
40.7 2.9 1723.6 102.1 8.3 0.4 21.1 2.0 36.6 5.5
nd
37.3 2.7 1709.4 102.4 10.7 0.5 31.0 2.7

5.3 0.5 695.3 44.4 7.2 0.4 15.6 1.4

81.6 6.1 4115.8 250.5 24.6 1.2 58.0 5.3

37.7 2.8 1657.2 100.4 13.6 0.6 29.2 2.6

23.2 1.9 1401.8 87.6 10.5 0.5 20.2 2.0

21.6 1.8 1533.8 95.4 12.7 0.6 25.6 2.3

1.8 0.2 1116.4 72.1 10.3 0.5 29.0 2.7

12.3 1.1 1519.5 97.8 13.4 0.7 32.6 3.1

57.1 4.0 1950.3 117.7 16.7 0.8 30.6 2.7

7.2 0.6 1649.3 102.5 15.1 0.7 26.7 2.5

22.7 1.8 1225.5 75.0 10.0 0.5 22.4 2.0

36.2 2.8 1926.5 118.4 13.1 0.6 34.7 3.1

19.0 1.5 1464.4 89.3 7.5 0.4 34.4 3.0

nd 998.8 63.8 14.7 0.7 30.9 2.8

nd 897.7 59.4 16.2 0.8 47.0 4.1

nd 1048.0 70.1 19.1 1.0 50.4 4.4

73.4 5.7 4649.5 283.5 19.1 1.0 77.5 7.1

27.3 2.2 1875.0 115.9 11.4 0.6 31.6 2.9

14.0 1.2 1485.5 91.7 11.2 0.6 32.2 2.9

13.4 1.1 1906.4 116.6 17.8 0.9 38.2 3.4

10

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

Sự thay đổi nồng độ bụi tổng TSP theo thời gian được trình bày trong bảng 4 và hình 9.
Số liệu cho thấy nồng độ TSP tại tất cả các trạm tăng cao vào mùa khô và giảm vào các tháng
của mùa hè. Diễn biến này hoàn toàn tương tự kết quả nghiên cứu về bụi PM2.5, PM10 đã cơng
bố của cùng nhóm tác giả.

Bảng 4. Nồng độ bụi tổng TSP từ 7/2020 đến 6/2021 tại các trạm

Thời gian Nồng độ bụi, g/m3

Jul-20 BC HP LC MC
Aug-20 35.941 36.683
Sep-20 52.109 111.647 44.721 39.187
Oct-20 66.648

Nov-20 94.909 37.890 54.437 (*)
Dec-20 94.676 95.364
Jan-21 95.346 30.430 43.718 176.216
Feb-21 256.894 176.148
Mar-21 95.458 78.568 91.265
Apr-21 (*)
May-21 114.631 95.521 78.505 (*)
Jun-21 127.468
TB năm 76.128 95.838 83.342
44.944 53.684
STD 51.631 95.736 95.650 48.344
89.442 61.943
60.934 (*) 50.897 90.630
53.282
71.991 61.078

31.613 (*)

20.643 (*)

26.471 (*)

64.840 65.657

35.322 18.803

(*): Khơng thu góp được mẫu

Do ảnh hưởng của dịch bệnh Covid-19 và một số sự cố trong q trình thu góp mẫu, nên
tháng 2/2021 khơng thu góp được mẫu TSP ở Bãi Cháy, Hải Phịng. Ở Móng Cái khơng thu

góp được mẫu vào tháng 9/ 2020 và tháng 2/2021. Ở Lào Cai, khơng thu góp mẫu được vào
tháng 4, 5, 6 năm 2021.

Theo tiêu chuẩn quốc gia về chất lượng khơng khí xung quanh (QCVN 05:
2013/BTNMT), giá trị giới hạn về nồng độ bụi lơ lửng (TSP) trung bình năm là 100µg/m3. Kết

quả trong Bảng 4 cho thấy, nồng độ bụi TSP tại các địa điểm quan trắc đều nằm trong giới hạn
cho phép.

Sự thay đổi của nồng độ bụi TSP theo tháng

300

Nồng độ, g/m3 250

200

150 BC

100 HP

LC
50

MC
0

Thời gian
Hình 9. Sự thay đổi của nồng độ bụi tổng TSP theo thời gian

11

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

Để xem xét sự thay đổi của hàm lượng các nguyên tố theo thời gian, Ca và Zn được lựa
chọn làm đại diện cho các nguyên tố có nguồn gốc tự nhiên và do hoạt động của con người. Sự
thay đổi của Ca và Zn theo thời gian tại các trạm quan trắc được trình bày trong Bảng 5, Hình
10 và 11. Kết quả cho thấy hàm lượng của Ca có xu hướng cao hơn vào mùa khô, thấp hơn vào
mùa mưa. Sự thay đổi này tương tự như sự thay đổi của nồng độ bụi theo thời gian tại các trạm
quan trắc (Hình 9). Đối với Zn, dường như khơng thể hiện xu hướng này mà dường như ít thay
đổi theo thời gian. Các giá trị cao bất thường của Ca vào tháng 4/2021 ở MC và của Zn vào
tháng 9/2020 ở LC và tháng 4/2021 ở MC chưa đủ dữ kiện để giải thích.

Bảng 5. Hàm lượng của Ca và Zn tại các trạm, g/m3

Thời gian BC Zn HP Zn LC Zn MC Zn
Ca 1096 Ca 2494 Ca 695 Ca 1226
Jul-20 1175 1224 1109 1914 1042 4116 115 1927
Aug-20 1643 1584 687 2114 353 1657 115
Sep-20 1287 1966 1401 2565 1776 1402 nd nd
Oct-20 2902 1115 1114 1740 2636 1534 1945 1464
Nov-20 2596 1075 2155 2363 1917 1116 2503 999
Dec-20 2530 2249 2067 2236 1519 1665 898
Jan-21 2083 695 1836 2819 1950 1589 1048
Feb-21 nd nd nd nd 1683 1649 nd
Mar-21 2730 1510 2784 1635 1394 nd 4871 nd
Apr-21 1822 1521 2985 2074 nd nd 1987 4650
May-21 139 2061 1650 1724 nd nd 2589 1875
Jun-21 1351 1968 1453 1709 nd 1738 1622 1485
TB năm 1842 1438 1766 2036 1762 961 1900 1906

834 439 720 328 773 1345 1748
STD 1090

Sự thay đổi của hàm lượng Ca theo thời gian

6000

Hàm lượng Ca, ng/m3 5000

4000

3000 BC

2000 HP
LC

1000
MC

0

Thời gian
Hình 10. Sự thay đổi hàm lượng của Ca theo thời gian tại các trạm

12

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

Sự thay đổi của hàm lượng Zn theo thời gian

5000

Hàm lượng Zn, ng/m3 4000

3000

BC

2000 HP

1000 LC

MC
0

Thời gian
Hình 11. Sự thay đổi hàm lượng của Zn theo thời gian tại các trạm

7. KIỂM SỐT CHẤT LƯỢNG PHÂN TÍCH

Để đánh giá chất lượng và độ tin cậy của phương pháp phân tích, một số mẫu chuẩn quốc
tế như bụi tro bay SRM-1648, đất IAEA soil-7 và IAEA 4 cũng đã được phân tích bởi cùng một
phương pháp. Riêng bụi tro bay SRM-1648 được gồm 2 mẫu khác nhau. Các mẫu chuẩn này
có thành phần hóa học khá tương đồng với mẫu bụi TSP và được phân tích, xử lý phổ cùng một
qui trình tương tự như đối với các các mẫu phân tích.

Kết quả phân tích các mẫu chuẩn quốc tế và số liệu tham chiếu được trình bày trong bảng
6. Số liệu cho thấy kết quả phân tích khá trùng khớp với số liệu tham chiếu. Hệ số tương quan
giữa các số liệu khá tốt. Điều này cho thấy kỹ thuật phân tích ED-XRF trên thiết bị SEA-2100
hồn tồn có sử dụng để phân tích mẫu bụi dạng phin lọc với độ tin cậy khá tốt.

Bảng 6. Kết quả phân tích các mẫu chuẩn quốc tế và số liệu tham chiếu

Kết quả phân tích, ppm Số liệu reference, ppm

Nguyên Bụi tro 1, Bụi tro 2, Mẫu đất, IAEA Mẫu đất, Bụi Mẫu Mẫu
tố SRM-1648 SRM-1648 Soil 7 IAEA 4 tro, đất, đất,
SRM- IAEA IAEA
1648 Soil 7
4

HL SS HL SS HL SS HL SS HL HL HL

Si nd nd 180027 36005 262923 52585 nd 180000 253000

K 10540 2108 10561 2112 12102 2420 nd 10560 12100 19600

Ca 58518 14630 58495 14624 163016 40754 2241 560 58400 163000 2070

Ti 4006 1202 4120 1236 3870 1161 5420 1626 4021 3000 5570

V 131 39 123 37 69 21 180 54 127 66 140

Cr 433 117 409 111 69 18 90 24 402 60 90.7

Mn 811 203 778 194 639 160 231 58 790 631 193

Fe 39251 5888 39256 5888 25712 3857 47937 7191 39200 25700 47900

Cu 620 155 614 154 nd 30 7 610 nd 21.7

Zn 4934 740 5021 753 130 20 204 31 4800 104 161

As 95 29 102 31 nd 30 9 115.5 nd 16.4

Br 522 157 491 147 nd nd 502 nd 8.52

Sr 191 48 205 51 114 29 120 30 215 108 109

13

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021

Pb 6534 1633 6549 1637 69 17 30 7 6550 60 29.6

Kết quả phân tích, ppm 70000 y = 1.002x + 13.808
60000 R² = 1
50000
40000 PT-SRM-1648
30000
20000 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000
10000
Ref-IAEA-1648, ppm
0
0

Hình 12. Tương quan giữa kết quả phân tích và số liệu tham chiếu các mẫu chuẩn

8. KẾT LUẬN

Kỹ thuật ED-XRF hồn tồn có thể áp dụng để phân tích xác định hàm lượng các ngun
tố hóa học chủ yếu trong mẫu bụi TSP phục vụ các nghiên cứu ơ nhiễm khơng khí. Nồng độ
bụi tổng TSP tại 4 trạm quan trắc thay đổi theo thời gian, thường cao hơn vào các tháng mùa
đông và thấp hơn vào các tháng trong mùa hè. Giá trị trung bình năm tại các trạm đều nhỏ hơn
qui chuẩn quốc gia (QCVN 05: 2013/BTNMT). Dựa vào kết quả hệ số làm giàu của các nguyên
tố có thể xác định được nguồn gốc phát sinh của một số nguyên tố. Các tác giả vẫn đang tiếp
tục thu góp mẫu và phân tích, xử lý thống kê số liệu để có được các kết luận với hàm lượng
khoa học sâu sắc hơn về nguồn gốc gây ô nhiễm và đặc trưng của chúng.

Các tác giả xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ của đề tài mã số ĐTCB.14.21/VKHKTHN
và hợp tác nghiên cứu mã số RCARP02/RC09 giữa VKH&KTHN và RCARO. Các tác giả
chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các đồng nghiệp trong việc thu góp mẫu TSP tại các trạm.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Văn Đỗ (2004), Các phương pháp phân tích hạt nhân, nhà xuất bản Đại học Quốc
gia Hà Nội.

[2] Lê Hồng Khiêm (2010), Năng phổ gamma, nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội.

[3] Bác sĩ Trần Thanh Long (2020), Ơ nhiễm khơng khí, bụi mịn PM 2,5 gây hại thế nào tới sức
khỏe? Link tham khảo: i-
the-nao-toi-suc-khoe/

[4] Huỳnh Trúc Phương (2018), Các phương pháp phân tích hạt nhân nguyên tử, nhà xuất bản
Đại học Quốc gia Tp. HCM.

[5] Viện sức khỏe nghề nghiệp và mơi trường (2019), Ơ nhiễm khơng khí- Những điều cần biết.
Link tham khảo: ieu-
nen-biet

[6] Nguyễn Thị Hoa, Ths. Lê Hoàng Anh, TS. Nguyễn Thị Nhật Thanh (2021), Nghiên cứu
tổng quan các phương pháp xác định nguồn đóng góp bụi PM 10, PM 2.5. Link tham khảo:

14

Vietnam Conference on Nuclear Science and Technology (VINANST-14), Lam Dong, 2021
/>nguon-dong-gop-bui-pm10-pm2-5-trong-khong-khi-xung-quanh-22987.
[7] Economic valuation of the mortality benefits of a regulation on SO2. sự, Chanel O. và cộng.
2014, European journal of public health.
[8] INC, AMPTEK. Quantitative Analysis Software for X-Ray Fluorescence.
[9] F&J SPECIALTY PRODUCTS, INC. Model DF-UHV-3.2.
[10] F&J SPECIALTY PRODUCTS, INC. TECHNICAL MANUAL FOR F&J ULTRA HIGH
VOLUME GLOBAL AIR SAMPLING SYSTEM.
[11] PRODUCTS, F&J SPECIALTY. PRODUCT INFORMATION SHEET FP-X GLASS
FIBER FILTER PAPER.
[12] State of global air 2019. s.l. : Health Effects Institue, 2019.
[13] Seiko Instruments, Inc. SEA2100 series Desktop Fluorescent X-ray Analyzer.

15