本发明专利技术公开了重金属检测技术领域的一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置及方法。该装置具体包括黑盒模块、微机模块、电源模块和显示模块，其中，黑盒模块、显示模块、电源模块分别与微机模块相连接；所述黑盒模块包括黑盒、固定黑盒凹槽、光源、滤光片、滤光片架、比色皿、凹槽和光电检测芯片，所述比色皿放置于黑盒中部，所述光源、滤光片放置于黑盒左侧，所述光电检测芯片相应于光源位置放置于黑盒右侧；利用待测的比色溶液的可见光和近红外透射光谱反演土壤或水环境中重金属铅的含量。本发明专利技术有效实现了土壤或水环境中重金属铅污染的快速准确测量，为土壤或水环境检测提供充分依据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及重金属检测
，特别涉及。
技术介绍
重金属是指比重在5以上的金属，如铜、铅、锌、镍、镉、铬、汞、铋、锡、锑、铌、钥等。重金属在一般情况下达不到有害的程度，但随着社会进步，工业化程度的加深，进入土壤、大气和水的有毒有害重金属如铅、镉、汞、铬日益增长，超过正常范围则会引起重金属对环境污染，重金属随食品进入人体后，经食物链放大引起机体的慢性损伤，进入人体的重金属会经过长时间的积累，不易被发现，而后引发中毒性病症，危害人体健康。土壤是从事农业生产的本源所在，也是人类生态、环境的重要组成部分。随着我国工业的快速发展，有毒有害重金属进入土壤，导致土壤环境恶化。河流、湖泊等的水质日益恶化，也致使重金属污染问题日益严重，在世界范围内已经是一个较为普遍问题。在重金属污染问题中铅污染是一种较为常见的污染。铅是一种具有神经毒性的重金属，在体内有蓄积作用，可损伤脑组织、造血器官和肾脏，主要中毒症状有胃肠炎、口腔金属味及齿龈金属线、头晕、失眠、贫血、便秘及腹痛，严重时可造成共济失调和瘫痪，还可导致胚胎发育迟缓和畸形。特别值得关注的是，铅可严重影响婴幼儿和少年儿童的生长发育和智力。目前铅中毒和铅污染已成为人们普遍关注的社会问题。通过对土壤样品或水样品进行检测，可以直接反映土壤或水环境中重金属状况。基于现有技术中检测土壤或水环境中重金属的检测方法有光谱法、电化学分析法及其他新型方法等。I光谱法作为传统的重金属定量检测方法，光谱法主要有紫外可见分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光法、X射线荧光光谱法、质谱法等。光谱法虽然能以较高灵敏度对各种样品中的重金属离子含量进行有效分析，但大多分析方法成本高，需要大型仪器设备，且仪器较为昂贵。样品前处理过程中需要经过消解等操作专业，分析时间长，难用于土壤或水体重金属的现场快速检测。2电化学分析法电化学分析法是基于物质在溶液中和电极上的电化学性质建立起来的分析方法，主要有极谱法、电位分析法、电导分析法、伏安法等。电化学分析的测量信号是电量、电位、电流、电导等电信号，不需信号转化就能直接记录。其仪器装置与光谱分析仪器装置相比较，体型简单，体积较小，易于实现自动化，便于连续分析。在化学成分分析中，电化学分析方法是公认的准确、快速、灵敏的微量和痕量分析方法，但是该方法存在条件苛刻、易受离子干扰、测量结果重现性差等问题。3其他新型方法近年来，一些结合生物学的检测方法也被应用于重金属的检测研究中，主要有生物传感器法、酶抑制法、免疫分析法等。但目前技术还不成熟，特异性抗体的制备比较困难等问题，制约着该方法的应用。现有的检测手段和方法有待于进一步研究、改进和提高，新的重金属检测手段值得探索。因此，目前本领域技术人员迫切需要发展出一种现场高效快速检测土壤或水环境中重金属铅并能够为土壤或水质检测断提供依据的便携式仪器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提出，用以解决目前重金属检测
研究中存在的问题。为实现上述目的，本专利技术提出的技术方案是，一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置，其特征是所述快速检测装置包括:微机模块、黑盒模块、显示模块和电源模块；其中，所述黑盒模块、显示模块、电源模块分别与所述微机模块相连接。所述黑盒模块包括黑盒、固定黑盒凹槽(5)、光源、滤光片(2)、滤光片架(3)、比色皿(4)和光电检测芯片(6);所述黑盒固定于所述固定黑盒凹槽(5)中；所述黑盒左侧固定有波长一定的所述光源，相应于所述光源位置放置峰值为对应波长的所述滤光片(2)，所述滤光片放置于所述滤光片架(3)上，所述滤光片架(3)固定在所述黑盒左侧；所述黑盒右侧包括所述光电检测芯片(6)，所述光电检测芯片(6)相应于所述光源位置固定于所述黑盒右侧；所述比色皿(4)相应于所述滤光片(2)和光电检测芯片(6)位置，放置于所述黑盒中部。所述微机模块包括微控制器、光源驱动单元、操作单元、信号放大调解单元、串口通讯单元；所述光源驱动单元、操作单元、信号放大调解单元、串口通讯单元分别与所述微控制器相连接；所述光源驱动单元连接于所述光源并由所述微控制器控制。所述光源为固定特征波段的发光二极管(I)。所述滤光片(2)的带宽10nm。所述显示模块为液晶显示器(8)。所述操作单元为键盘(9)。一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测方法，其特征是所述方法包括下列步骤:步骤1:预备实验中，采用化学方法配置多组不同浓度梯度的含铅溶液；步骤2:采用双硫腙作为比色原料，在碱性条件下，在柠檬酸铵-盐酸羟胺的还原性介质中，铅和双硫腙生成可被氯仿萃取的红色双硫腙铅络合物，即待测比色溶液；步骤3:采用紫外-可见光分光光度计采集待测比色溶液的光谱数据，筛选出铅元素的特征敏感波段，即选择发光二级管的波峰值范围，并选择土壤或水体中重金属铅的快速检测模型；步骤4:采集步骤2中萃取的待测比色溶液的光谱数据，其中，采集光谱数据具体包括:步骤41:将步骤2得到的待测比色溶液放置于比色皿中；步骤42:通过光源驱动单元驱动发光二极管，光源通过滤光片得到固定波长的光谱；步骤43:用步骤42得到的光谱照射比色皿中的待测比色溶液，并投射在光电检测芯片上;步骤44:通过光电检测芯片采集光谱数据；步骤5:根据步骤3中确定的最优模型构建一元线性回归检测模型y = Ax+B，其中X为采集得到的光谱数据，A、B为系数常量，y为土壤或水体中的铅含量；步骤6:通过步骤I的铅含量和步骤4采集到的光谱数据，反演得到系数常量A，B的值，确定检测模型I = Ax+B ；步骤7:采集被重金属铅污染的土样或水样，执行步骤2和步骤4采集得到光谱数据，将其代入检测模型I = Ax+B，得到铅含量y，并通过显示模块显示土壤或水体中的铅含量。所述步骤3中筛选铅元素的特征敏感波段，并确定快速检测模型，具体包括:步骤31:采用紫外-可见光分光光度计采集步骤2所获的待测比色溶液的光谱数据，其中光谱采集范围为全波段300-900nm，采样间隔lnm，采集点数600，通过数据处理软件对光谱数据进行处理，由相关系数法筛选出铅元素的特征敏感波段500-530nm，S卩，发光二极管的波峰值的范围为500-530nm ；步骤32:采用数据平滑处理和基线校正的预处理方法处理步骤31所获的光谱数据，去除噪声干扰；步骤33:在特征波段范围内，分别采用一元线性回归、多元线性回归、偏最小二乘法、主成分回归的建模方法对紫外-可见光波段的数据进行了处理，综合比较之后，选取其中的最优模型一元线性回归模型为土壤或水体中重金属铅的快速检测模型。本专利技术实现了，其有益效果如下:I本专利技术通过确定波长的发光二极管发光，检测光源照射比色溶液的透过光强，计算此波段的透过率比值。因为土壤或水环境中重金属铅的含量与其比色后溶液在某一特定波段的透过率间的关系可以根据检测方法中所确定模型得到，故通过对比色溶液的直接测量，获取土壤或水中重金属铅的含量。2本专利技术不仅可以同时快速准确测量土壤或水环境中重金属铅的含量，为土壤或水环境检测提供充分依据；还可以进行参数下载和数据上传，有利于后期数据分析应用。【附图说明】图1是快速检测装置黑盒模块的结构示意图。图2是快速检测装置的滤光片架的结构示意图。图3是快速检测装置的俯视图。图4是快速检测装置微本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置，其特征是所述快速检测装置包括：微机模块、黑盒模块、显示模块和电源模块；其中，所述黑盒模块、显示模块、电源模块分别与所述微机模块相连接。
【技术特征摘要】
1.一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置，其特征是所述快速检测装置包括:微机模块、黑盒模块、显示模块和电源模块； 其中，所述黑盒模块、显示模块、电源模块分别与所述微机模块相连接。2.根据权利要求1所述的一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置，其特征是所述黑盒模块包括黑盒、固定黑盒凹槽(5)、光源、滤光片(2)、滤光片架(3)、比色皿(4)和光电检测芯片(6);所述黑盒固定于所述固定黑盒凹槽(5)中；所述黑盒左侧固定有波长一定的所述光源，相应于所述光源位置放置峰值为对应波长的所述滤光片(2)，所述滤光片放置于所述滤光片架(3)上，所述滤光片架(3)固定在所述黑盒左侧；所述黑盒右侧包括所述光电检测芯片(6)，所述光电检测芯片(6)相应于所述光源位置固定于所述黑盒右侧；所述比色皿(4)相应于所述滤光片(2)和光电检测芯片(6)位置，放置于所述黑盒中部。3.根据权利要求1所述的一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置，其特征是所述微机模块包括微控制器、光源驱动单元、操作单元、信号放大调解单元、串口通讯单元；所述光源驱动单元、操作单元、信号放大调解单元、串口通讯单元分别与所述微控制器相连接；所述光源驱动单元连接于所述光源并由所述微控制器控制。4.根据权利要求2所述的一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置，其特征是所述光源为固定特征波段的发光二极管(I)。5.根据权利 要求2所述的一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置，其特征是所述滤光片(2)的带宽10nm。6.根据权利要求1所述的一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置，其特征是所述显示模块为液晶显示器(8)。7.根据权利要求3所述的一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测装置，其特征是所述操作单元为键盘(9)。8.一种土壤或水体中重金属铅污染的快速检测方法，其特征是所述方法包括下列步骤: 步骤1:预备实验中，采用化学方法配置多组不同浓度梯度的含铅溶液； 步骤2:采用双硫腙作为比色原料，在碱性条件下，在柠檬酸铵-盐酸羟胺的还原性介质中，铅和双硫fe生成可被氣仿...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙明，张迪，朱晓青，李道亮，位耀光，刘春红，王聪，马华，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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