本发明专利技术涉及土壤重金属含量的检测技术，为结合LIBS技术(Laser‑induced breakdown spectroscopy激光诱导等离子体光谱)，实现对不同深度土壤重金属含量的无需预处理、快速、实时的检测。本发明专利技术采用的技术方案是，基于LIBS便携式可变深度土壤重金属含量检测装置，包括分析系统部分和探测器部分，分析系统包括高重频激光器、一号聚焦透镜、激光接收光纤头、光谱仪光纤、激光器光纤、光谱分析仪、上行数据线、计算机、显示数据线、显示器。本发明专利技术主要应用于土壤重金属含量的检测。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土壤监测和重金属检测领域中不同深度的土壤重金属含量的检测技术，具体讲,涉及基于LIBS技术的便携式可变深度土壤重金属含量检测装置。
技术介绍
土壤重金属污染是指由于人类的活动将重金属带入土壤中，致使土壤重金属含量明显高于其自然背景值，并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。重金属污染物主要是指Hg、Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、Co、Sn(汞、镉、铅、铬、铜、镍、钴、锡)以及类金属As(砷)等。重金属在土壤中不易随水淋溶，不能被微生物分解，具有明显的生物富集作用。重金属主要通过对作物的产量和品质的影响表现其危害，因此具有较长潜伏期。通过“土壤→植物→人体”或“土壤→水→人体”间接被人体吸收，危害人体健康。重金属污染已成为备受关注的全球性环境污染问题之一，我国重金属污染也十分严重。有资料表明，我国重金属污染的农业土地面积约2500万平方米，每年被重金属污染的粮食多达1200万吨，因重金属污染而导致粮食减产高达1000多万吨，合计经济损失至少200亿元；重金属对土壤的污染短期内很难恢复，土壤中的重金属可能会通过相关食物链进入农产品，影响到农产品的质量安全，可能会严重危及到人类健康、生存和发展。且由于不同深度的土壤所处的环境差异巨大，所以不同深度的土壤重金属含量也存在很大差异，只有精确掌握不同深度的土壤重金属含量才能够全面的评价土壤重金属污染程度，为治理与防范土壤重金属危害提供可靠依据。因此，对不同深度的土壤重金属含量进行快速、实时、准确的检测是土壤监测和食品安全领域的客观需求。国内外传统的土壤污染状况分析检测通常采用现场取样后通过实验室化学试剂和光谱仪器进行分析的方法。但是，这些传统的方法均存在着不可忽略的缺点与不足，实验室化学检测方法准确度较高，但其检测周期长，检测过程中容易产生二次污染以及不能进行快速即时检测；光谱仪器分析的方法检测速度较快，操作简单，但不能实现不同深度土壤重金属的检测。近年来，世界各国加大了对土壤重金属检测方面的投入，运用光谱学分析技术、电化学检测技术以及生物学分析等先进技术和最新研究成果对土壤重金属污染问题进行研究，出现了高光谱分析技术、生物量间接量测定技术、环境磁学、太赫兹光谱法等一系列新型技术。但上述这些现有的土壤重金属检测技术同样存在着不可忽略的缺点：检测前样品需经过复杂的欲处理、不能实现快速实时的得出分析结果、不能对不同深度土壤进行检测。同时电化学分析法和生物分析法由于需要进行复杂的处理过程，很容易造成二次污染。中国专利技术专利201610045040.7公开了一种基于双透镜的微量重金属检测的LIBS系统。系统包括样品台、激光器、聚焦透镜组、光纤、多通道光谱仪以及数据处理器，将待测样品采集至样品台上，利用LIBS技术进行重金属分析。这个系统的缺点是，不能进行现场实时、不同深度检测，而且样品台的设计不能满足土壤中重金属检测的要求，不能用于土壤重金属的检测。中国专利技术专利201410816225.4公开了一种土壤重金属检测方法及装置及系统。该方法包括：在预设检测条件下，土壤重金属检测装置获得待检测土壤的第二特征X射线谱，第二特征X射线谱中包括与待检测土壤中的重金属对应的波长和强度；将第二特征X射线谱中的波长和强度与第一特征X射线谱中的波长和强度进行对比，实现对土壤重金属的检测。这一方法的缺点是，需要复杂的数据处理计算，而且不能进行不同深度的土壤重金属检测。综上所述，能够无需预处理的快速、实时地分析出不同深度土壤重金属含量对土壤监测和重金属检测领域十分重要。目前没有人提出能够实时地对不同深度的土壤重金属检测的方法，且现有方法需要进行复杂的样品欲处理，无法实现快速、实时的检测，由此可以看出，设计一款能够无需预处理的快速、实时地分析不同深度土壤重金属含量的装置是当前分析土壤重金属污染的迫切需求。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，本专利技术旨在针对土壤监测领域中，缺少能够无需预处理的快速、实时地分析不同深度土壤重金属含量的技术与设备这一现状，设计一种便携式可变深度土壤重金属含量检测装置，结合LIBS技术(Laser-inducedbreakdownspectroscopy激光诱导等离子体光谱)，实现对不同深度土壤重金属含量的无需预处理、快速、实时的检测。本专利技术采用的技术方案是，基于LIBS便携式可变深度土壤重金属含量检测装置，包括分析系统部分和探测器部分，分析系统包括高重频激光器、一号聚焦透镜、激光接收光纤头、光谱仪光纤、激光器光纤、光谱分析仪、上行数据线、计算机、显示数据线、显示器；探测器包括光谱接收光纤头、三号聚焦透镜、高反镜、激光发射光纤头、高反\\高透镜、二号聚焦透镜、石英镜片；高重频激光器发出高重频激光，经过一号聚焦透镜汇聚到激光接收光纤头，再由激光接收光纤头耦合进激光器光纤后传输进入探测器，然后通过激光发射光纤头导出，激光穿过高反\\高透镜，最后通过二号聚焦透镜使激光穿过石英镜片汇聚到土壤样本，并激发等离子体，等离子体冷却过程中会放出激光诱导等离子体光谱，光谱中会包含土壤样本中重金属的元素特征谱线和强度信息，由等离子体发出的激光诱导等离子体发散光谱经过二号聚焦透镜的汇聚作用后，发散的激光诱导等离子体光谱聚集到高反\\高透镜，激光诱导等离子体的发散光谱处在紫外波段，经过高反\\高透镜被反射向高反镜所在方向，再由高反镜反射到三号聚焦透镜，然后通过三号聚焦透镜，激光诱导等离子体光谱被汇聚到光谱接收光纤头，激光诱导等离子体光谱被耦合进光谱仪光纤中，再由光谱仪光纤传输至光谱分析仪，光谱分析仪分析出多组特征谱线与谱线强度，并以电信号由上行数据线送入计算机，计算机会根据得到的特征谱线与谱线强度信息计算出土壤样本中重金属的种类与含量，最后通过显示数据线将土壤重金属种类和含量信息以电信号送入显示器进行显示输出。还包括并探测器标尺和探测器把手，用于：根据选定的深度找到探测器标尺所对应的刻度，将探测器插入待测区域土壤中，使土壤表层与对应刻度对齐；插入后稍用力按压探测器把手将石英镜片前端的土壤样本压实，以防止土壤在激光的作用下飞溅，影响激光诱导等离子体光谱的产生与收集。计算机中设置有神经网络模型分析计算模块，用于利用神经网络模型建立一个含有多种重金属特征谱线的数据库，并实现将检测信息与数据库比对确定重金属种类，再拟合特征谱线强度与重金属含量的关系式，用来计算土壤重金属含量。本专利技术的特点及有益效果是：本专利技术利用LIBS技术(Laser-inducedbreakdownspectroscopy激光诱导等离子体光谱)，并采用设计的便携式可变深度土壤重金属含量检测装置实现不同深度土壤重金属含量的快速检测。第一，实现了一种基于LIBS技术(Laser-inducedbreakdownspectroscopy激光诱导等离子体光谱)的土壤重金属检测装置。第二，系统采用可变深度的探测装置，实现了不同深度土壤重金属含量的检测。第三，便携式的设计极大程度增加了设备的灵活性。附图说明：图1是本专利技术所述系统的结构示意图；图2是本专利技术所述探测器结构示意图；附图中，各标号所代表的部件例表如下：1-上行数据线，2-显示器，3-显示数据线，4-分析系统，5-高重频激光器，6-一号聚焦透镜，7-计算机，8-光谱分析仪，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于LIBS便携式可变深度土壤重金属含量检测装置，其特征是，包括分析系统部分和探测器部分，分析系统包括高重频激光器、一号聚焦透镜、激光接收光纤头、光谱仪光纤、激光器光纤、光谱分析仪、上行数据线、计算机、显示数据线、显示器；探测器包括光谱接收光纤头、三号聚焦透镜、高反镜、激光发射光纤头、高反\高透镜、二号聚焦透镜、石英镜片；高重频激光器发出高重频激光，经过一号聚焦透镜汇聚到激光接收光纤头，再由激光接收光纤头耦合进激光器光纤后传输进入探测器，然后通过激光发射光纤头导出，激光穿过高反\高透镜，最后通过二号聚焦透镜使激光穿过石英镜片汇聚到土壤样本，并激发等离子体，等离子体冷却过程中会放出激光诱导等离子体光谱，光谱中会包含土壤样本中重金属的元素特征谱线和强度信息，由等离子体发出的激光诱导等离子体发散光谱经过二号聚焦透镜的汇聚作用后，发散的激光诱导等离子体光谱聚集到高反\高透镜，激光诱导等离子体的发散光谱处在紫外波段，经过高反\高透镜被反射向高反镜所在方向，再由高反镜反射到三号聚焦透镜，然后通过三号聚焦透镜，激光诱导等离子体光谱被汇聚到光谱接收光纤头，激光诱导等离子体光谱被耦合进光谱仪光纤中，再由光谱仪光纤传输至光谱分析仪，光谱分析仪分析出多组特征谱线与谱线强度，并以电信号由上行数据线送入计算机，计算机会根据得到的特征谱线与谱线强度信息计算出土壤样本中重金属的种类与含量，最后通过显示数据线将土壤重金属种类和含量信息以电信号送入显示器进行显示输出。...
【技术特征摘要】
1.一种基于LIBS便携式可变深度土壤重金属含量检测装置，其特征是，包括分析系统部分和探测器部分，分析系统包括高重频激光器、一号聚焦透镜、激光接收光纤头、光谱仪光纤、激光器光纤、光谱分析仪、上行数据线、计算机、显示数据线、显示器；探测器包括光谱接收光纤头、三号聚焦透镜、高反镜、激光发射光纤头、高反\\高透镜、二号聚焦透镜、石英镜片；高重频激光器发出高重频激光，经过一号聚焦透镜汇聚到激光接收光纤头，再由激光接收光纤头耦合进激光器光纤后传输进入探测器，然后通过激光发射光纤头导出，激光穿过高反\\高透镜，最后通过二号聚焦透镜使激光穿过石英镜片汇聚到土壤样本，并激发等离子体，等离子体冷却过程中会放出激光诱导等离子体光谱，光谱中会包含土壤样本中重金属的元素特征谱线和强度信息，由等离子体发出的激光诱导等离子体发散光谱经过二号聚焦透镜的汇聚作用后，发散的激光诱导等离子体光谱聚集到高反\\高透镜，激光诱导等离子体的发散光谱处在紫外波段，经过高反\\高透镜被反射向高反镜所在方向，再由高反镜反射到三号聚焦透镜，然后通过三号聚焦透镜，激光诱导等离子体光谱被汇...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐德刚，冯佳琛，石嘉，王与烨，严德贤，苏耿华，姚建铨，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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