一种水中重金属的检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及环境保护污染物监测技术领域，尤其涉及一种水中重金属的检测系统及方法，包括舱体以及位于所述舱体内的样品台、激光激发装置、光谱收集分析装置和富集基体组件，富集基体组件包括基底与附着于基底表面的螯合树脂颗粒，已完成待检测水体样本中重金属吸附的富集基体组件置于样品台上，激光激发装置位于样品台上方，以产生激光束打击烧灼富集基体组件的螯合树脂颗粒表面，光谱收集分析装置对由富集基体组件的表面气化后的等离子体信号光谱进行采集和在线分析。本发明专利技术利用螯合树脂颗粒构成的重金属离子富集基体组件对水中的重金属离子进行高效富集，结合激光诱导击穿光谱技术，实现对水体重金属离子的在线、快速、高灵敏检测。

A Detection System and Method for Heavy Metals in Water

The invention relates to the field of environmental protection pollutant monitoring technology, in particular to a detection system and method for heavy metals in water, including a cabin and a sample table, a laser excitation device, a spectral collection and analysis device and a enrichment matrix assembly, which comprises a substrate and a substrate attached to the substrate surface. Chelating resin particles. The enrichment matrix components adsorbed by heavy metals in the water samples to be tested are placed on the sample table. The laser excitation device is located above the sample table to generate a laser beam to burn the surface of the chelating resin particles enriched by the matrix components. The spectral collection and analysis device gasifies the surface of the enriched matrix components. The plasma signal spectrum is collected and analyzed online. The method uses a heavy metal ion enrichment matrix component composed of chelating resin particles to enrich heavy metal ions in water efficiently, and realizes on-line, fast and highly sensitive detection of heavy metal ions in water by combining laser-induced breakdown spectroscopy technology.

【技术实现步骤摘要】
一种水中重金属的检测系统及方法
本专利技术涉及环境保护污染物监测
，尤其涉及一种水中重金属的检测系统及方法。
技术介绍
目前随着现代工业和农业的发展，重金属已经成为生态环境中最主要的微量污染物之一。工业生产和农业农药化肥使用产生的废水中的重金属可以通过地表径流和淋洗作用污染地表水和地下水，具有不可降解、生物富集、低含量高危害的特点，可以通过食物链途径严重危害人体健康，被称为水污染中最危险的污染源。所以，实现对饮用水中重金属的快速检测和定量分析对国民健康和国家水安全具有重要意义。常规检测流程包括现场取样和实验室分析，主要方法包括紫外－可见光分光光度、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体－质谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、X射线荧光法以及中子活化分析等，部分方法已经作为标准方法使用并可以达到飞摩尔级的检测限，但上述检测方法对应设备均为实验室仪器，价格昂贵，需要专业技术人员操作，技术流程繁琐，同时存在样品制备周期长，存在存储移动过程样本变化以及二次污染等问题，无法用于现场检测。目前最常用的方法是进行液体－固体转换，如通过多孔基体吸附后再进行固相检测。但溶液处理和基体处理环节较多，只适用于实验室分析检测，同时需要试剂、干燥、压片的辅助试验工具以及纳米粒子材料，采用石墨烯为富集基体，其主要利用物理吸附机理进行重金属离子富集，富集后石墨烯基体无法再次使用，同时需要自动进行控制系统和精确滴定控制装置，装置组成和操作复杂。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是解决现有的水中重金属的检测系统组成结构复杂，操作困难，且富集基体无法反复利用的问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种水中重金属的检测系统，包括舱体以及位于所述舱体内的样品台、激光激发装置、光谱收集分析装置和富集基体组件，所述富集基体组件包括基底与附着于所述基底表面的螯合树脂颗粒，已完成待检测水体样本中重金属吸附的所述富集基体组件置于所述样品台上，所述激光激发装置位于所述样品台上方，以产生激光束打击烧灼所述富集基体组件的所述螯合树脂颗粒表面，所述光谱收集分析装置对由所述富集基体组件的表面气化后的等离子体信号光谱进行采集和在线分析。其中，所述螯合树脂颗粒采用大孔结构的苯乙烯骨架上带有亚胺二乙酸功能基的螯合树脂。其中，所述激光激发装置包括依次连接的激光器、聚焦镜、光纤耦合器和出射光纤。其中，所述光谱收集分析装置包括光谱收集组件和光谱分析组件，所述光谱收集组件包括收集光纤，所述收集光纤位于所述样品台的上方且与水平面呈预设角度，以对等离子态光信号进行收集；所述光谱分析组件包括凹面光栅和面阵CCD，所述收集光纤、所述凹面光栅和所述面阵CCD依次连接。其中，还包括驱动装置，所述驱动装置包括横轴驱动器、纵轴驱动器和传动组件，所述横轴驱动器与所述纵轴驱动器均通过所述传动组件与所述样品台连接，所述横轴驱动器控制所述样品台在水平面上移动，所述纵轴驱动器控制所述样品台在竖直方向上移动。其中，所述样品台上设有至少一个用于放置所述富集基体组件的凹槽。其中，所述舱体为密封舱体，且所述舱体在靠近所述样品台的一侧设有进样口。其中，还包括驱动控制装置和收集分析控制装置，所述收集分析控制装置分别与所述光谱收集分析装置、所述激光激发装置和所述驱动控制装置连接，所述驱动控制装置与所述驱动装置连接。本专利技术还提供了一种水中重金属的检测方法，包括以下步骤：S1，将富集基体组件投入水体样本中，使富集基体组件与水体样本充分接触；S2，取出富集基体组件，常温风干后将富集基体组件放入舱体内的样品台上待测；S3，通过激光激发装置发射激光打击富集基体组件上一个预设点位的螯合树脂颗粒表面；通过光谱收集组件收集等离子体信号光谱，并通过光谱分析组件获取预设点位的重金属含量；S4，驱动装置带动样品台进行微距移动，重复步骤S3；S5，根据预设点位扫描完成后，通过光谱分析组件获取的每一个预设点位的重金属含量信息，通过求均值的方式获得该水体样本中的重金属含量。其中，还包括以下步骤：S6，富集基体组件通过浓度为5％的盐酸解析和清洗，再用浓度为5％的氢氧化钠再生。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有如下优点：本专利技术水中重金属的检测系统及方法，利用螯合树脂颗粒构成的重金属离子富集基体组件对水中的重金属离子进行高效富集，取出干燥，利用激光器激发产生激光束打击烧灼富集基体组件表面，光谱收集组件获取激光激发的富集基体产生的等离子体信号光谱，光谱分析组件对收集的光谱进行在线分析获得重金属元素的浓度，结合激光诱导击穿光谱技术，实现对水体重金属离子的在线、快速、高灵敏检测。本专利技术的富集基体组件根据不同的重金属浓度定制不同的尺寸规格，从而实现对不同浓度范围的重金属污染水溶液进行定量化分析，实现不同浓度范围的重金属检测，富集基体组件为基底与附着于基底表面的螯合树脂颗粒组成，材料成本低、可解析再生进行重复利用，避免了二次污染。本专利技术利用激光诱导击穿光谱联合富集基体组件的方式，实现水体中重金属元素的现场、快速、痕量分析，降低了系统复杂程度、简化了操作流程，减少了基体成本投入和二次污染，同时可大大提升检测的灵敏度，可作为便携式快速检测设备，适用于现场应用。除了上面所描述的本专利技术解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本专利技术的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。附图说明图1是本专利技术实施例水中重金属的检测系统的结构示意图；图2是本专利技术实施例水中重金属的检测系统的富集基体组件的结构示意图；图3是本专利技术实施例水中重金属的检测系统的螯合树脂颗粒的分子结构图；图4是本专利技术实施例水中重金属的检测系统的螯合树脂颗粒吸附重金属的反应原理图；图5是本专利技术实施例水中重金属的检测系统获取的待测元素Cd在原子发射光谱特征波长为214.4nm、226.5nm、228.8nm处特征光谱图；图6是本专利技术实施例水中重金属的检测系统检测出的待测元素Cd2+浓度0-100ppb定标曲线；图7是本专利技术实施例水中重金属的检测系统检测出的富集基体组件首次使用和经过三次解析和再生后，溶液浓度50ppb，基体光谱强度和吸附重金属后的光谱强度对比图。图中：1：激光激发装置；2：光谱收集组件；3：光谱分析组件；4：驱动控制装置；5：横轴驱动器；6：纵轴驱动器；7：舱体；8：进样口；9：收集光纤；10：收集分析控制装置；11：凹槽；12：样品台；13：传动组件；14：富集基体组件；15：基底；16：螯合树脂颗粒。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水中重金属的检测系统，其特征在于：包括舱体以及位于所述舱体内的样品台、激光激发装置、光谱收集分析装置和富集基体组件，所述富集基体组件包括基底与附着于所述基底表面的螯合树脂颗粒，已完成待检测水体样本中重金属吸附的所述富集基体组件置于所述样品台上，所述激光激发装置位于所述样品台上方，以产生激光束打击烧灼所述富集基体组件的所述螯合树脂颗粒表面，所述光谱收集分析装置对由所述富集基体组件的表面气化后的等离子体信号光谱进行采集和在线分析。

【技术特征摘要】
1.一种水中重金属的检测系统，其特征在于：包括舱体以及位于所述舱体内的样品台、激光激发装置、光谱收集分析装置和富集基体组件，所述富集基体组件包括基底与附着于所述基底表面的螯合树脂颗粒，已完成待检测水体样本中重金属吸附的所述富集基体组件置于所述样品台上，所述激光激发装置位于所述样品台上方，以产生激光束打击烧灼所述富集基体组件的所述螯合树脂颗粒表面，所述光谱收集分析装置对由所述富集基体组件的表面气化后的等离子体信号光谱进行采集和在线分析。2.根据权利要求1所述的水中重金属的检测系统，其特征在于：所述螯合树脂颗粒采用大孔结构的苯乙烯骨架上带有亚胺二乙酸功能基的螯合树脂。3.根据权利要求1所述的水中重金属的检测系统，其特征在于：所述激光激发装置包括依次连接的激光器、聚焦镜、光纤耦合器和出射光纤。4.根据权利要求1所述的水中重金属的检测系统，其特征在于：所述光谱收集分析装置包括光谱收集组件和光谱分析组件，所述光谱收集组件包括收集光纤，所述收集光纤位于所述样品台的上方且与水平面呈预设角度，以对等离子态光信号进行收集；所述光谱分析组件包括凹面光栅和面阵CCD，所述收集光纤、所述凹面光栅和所述面阵CCD依次连接。5.根据权利要求1所述的水中重金属的检测系统，其特征在于：还包括驱动装置，所述驱动装置包括横轴驱动器、纵轴驱动器和传动组件，所述横轴驱动器与所述纵轴驱动器均通过所述传动组件与所述样品台连接，所述横轴驱动器控制所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：田宏武，董大明，赵贤德，矫雷子，邢振，李传霞，
申请(专利权)人：北京农业智能装备技术研究中心，
类型：发明
国别省市：北京,11