一种现场快速检测土壤重金属含量的检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种与现有技术原理完全不同的现场快速检测土壤重金属含量的检测装置，检测装置包括：传感器，可编程信号发生器，电流采样器，电压采样器，仪用放大器，A/D转换器，接口电路，MCU，输入设备，温度控制模块，电源模块；所述传感器还内置有电加热器和热电偶；在检测时，传感器中填装有采集得到的土壤试样。由测量得到的土壤试样的Cp‑f曲线、Tan(Delta)‑f曲线的形状，可以反演出土壤重金属含量。

【技术实现步骤摘要】
一种现场快速检测土壤重金属含量的检测装置
本专利技术涉及一种现场快速检测土壤重金属含量的检测装置。
技术介绍
土壤重金属污染是指由于自然的原因或人类活动将重金属带入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于背景值、并造成现存的或潜在的土壤质量退化、生态与环境恶化的现象。土壤重金属来源广泛，主要包括有大气降尘、污水灌溉、工业固体废弃物的不当堆置、矿业活动、农药和化肥等。凡以重金属和含有重金属的材料为生产原料的行业，在生产过程中均可能排放重金属，如果处置不当，就会造成环境污染。土壤中的重金属污染严重危害人体健康。铅、镉、汞、砷等重金属，由于工业活动的发展，引起在人类周围环境中的富集，通过大气、水、食品等进入人体，在人体某些器官内积累，造成慢性中毒，危害人体健康。在预防、监测、治理土壤重金属污染过程中，检测土壤重金属含量是一个非常重要的环节。重金属的定量检测分析技术通常有：紫外可分光光度法(UV)、原子吸收法(AAS)、原子荧光法(AFS)、电感耦合等离子体法(ICP)、X荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)。除上述方法外，还有光谱法检测。也有的采用X荧光光谱(XRF)分析。原子吸收光谱法是20世纪50年代创立的一种新型仪器分析方法，它与主要用于无机元素定性分析的原子发射光谱法相辅相成，已成为对无机化合物进行元素定量分析的主要手段。原子吸收分析过程如下：将样品制成溶液(同时做空白)；制备一系列已知浓度的分析元素的校正溶液(标样)；依次测出空白及标样的相应值；依据上述相应值绘出校正曲线；测出未知样品的相应值；依据校正曲线及未知样品的相应值得出样品的浓度值。紫外可见分光光度法(UV)检测原理是：重金属与显色剂一通常为有机化合物，可于重金属发生络合反应，生成有色分子团，溶液颜色深浅与浓度成正比。在特定波长下，比色检测。分光光度分析有两种，一种是利用物质本身对紫外及可见光的吸收进行测定；另一种是生成有色化合物，即“显色”，然后测定。原子荧光光谱法(AFS)是通过测量待测元素的原子蒸气在特定频率辐射能激以下所产生的荧光发射强度，以此来测定待测元素含量的方法。原子荧光光谱法是一种发射光谱法，但它和原子吸收光谱法密切相关，兼有原子发射和原子吸收两种分析方法的优点。电化学法以经典极谱法为依托，在此基础上又衍生出示波极谱、阳极溶出伏安法等方法。阳极溶出伏安法是将恒电位电解富集与伏安法测定相结合的一种电化学分析方法。阳极溶出伏安法测定分两个步骤。第一步为“电析”，即在一个恒电位下，将被测离子电解沉积，富集在工作电极上与电极上汞生成汞齐。第二步为“溶出”，即在富集结束后，一般静止30s或60s后，在工作电极上施加一个反向电压，由负向正扫描，将汞齐中金属重新氧化为离子回归溶液中，产生氧化电流，记录电压-电流曲线，即伏安曲线。曲线呈峰形，峰值电流与溶液中被测离了的浓度成正比，可作为定量分析的依据，峰值电位可作为定性分析的依据。X射线荧光光谱法(XRF)是利用样品对X射线的吸收随样品中的成分及其多少变化而变化来定性或定量测定样品中成分的一种方法。当试样受到x射线，高能粒子束，紫外光等照射时，由于高能粒子或光子与试样原子碰撞，将原子内层电子逐出形成空穴，使原子处于激发态，这种激发态离子寿命很短，当外层电子向内层空穴跃迁时，多余的能量即以x射线的形式放出，并在教外层产生新的空穴和产生新的x射线发射，这样便产生一系列的特征x射线。特征x射线是各种元素固有的，它与元素的原子系数有关。所以只要测出了特征x射线的波长λ，就可以求出产生该波长的元素。电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)由作为离子源ICP焰炬，接口装置和作为检测器的质谱仪三部分组成。ICP-MS所用电离源是感应耦合等离子体(ICP)，其主体是一个由三层石英套管组成的炬管，炬管上端绕有负载线圈，三层管从里到外分别通载气，辅助气和冷却气，负载线圈由高频电源耦合供电，产生垂直于线圈平面的磁场。如果通过高频装置使氩气电离，则氩离子和电子在电磁场作用下又会与其它氩原子碰撞产生更多的离子和电子，形成涡流。强大的电流产生高温，瞬间使氩气形成温度可达10000k的等离子焰炬。被分析样品通常以水溶液的气溶胶形式引入氩气流中，然后进入由射频能量激发的处于大气压下的氩等离子体中心区，等离子体的高温使样品去溶剂化，汽化解离和电离。部分等离子体经过不同的压力区进入真空系统，在真空系统内，正离子被拉出并按照其质荷比分离。在上述这些检测方法中，所采用的仪器设备都较为精密、昂贵，体积较大，且需在实验室安装调试后固定使用，无法外出随身携带使用，在检测土壤重金属含量时，都需要现场采样后，送交实验室进行后期复杂的预处理和异位检测分析，既耗时又不方便，不能用于现场快速检测。在需要快速检测、分析土壤重金属污染情况时，急需一种能够用于现场检测的、方便携带的、低成本的检测仪器与检测方法。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种全新的、完全不同于现有技术的土壤重金属含量的检测仪器与测量方法。实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种现场快速检测土壤重金属含量的检测装置，包括：传感器，可编程信号发生器，电流采样器，电压采样器，仪用放大器I，仪用放大器V，A/D转换器I(即ADC-I)，A/D转换器V(即ADC-V)，接口电路，MCU(微控制单元，MicroControllerUnit；MCU，又称为单片微型计算机)，输入设备，温度控制模块，电源模块；所述传感器还内置有电加热器和热电偶；在检测时，传感器中填装有采集得到的土壤试样；所述输入设备电性连接至MCU，可编程信号发生器的受控输入端电性连接至MCU，可编程信号发生器的信号输出端电性连接至传感器，电流采样器，电压采样器分别与传感器电性连接，电流采样器与仪用放大器I的信号输入端电性连接，电压采样器与仪用放大器V的信号输入端电性连接，仪用放大器I的信号输出端电性连接至A/D转换器I(即ADC-I)的模拟信号输入端，仪用放大器V的信号输出端电性连接至A/D转换器V(即ADC-V)的模拟信号输入端，A/D转换器I的数字信号输出端和A/D转换器V的数字信号输出端均通过接口电路电性连接至MCU；电流采样器通常由一个与传感器串联的小电阻构成；电压采样器通常由一个带抽头的与传感器并联的大电阻构成；其中，所述小电阻的电阻值显著地小于土壤试样的电阻值，所述大电阻的电阻值显著地大于土壤试样的电阻值；所述小电阻和大电阻的电阻值由测量的精确度而定；所述传感器包括一对平行的圆片状的金属板，每一片金属板均连接有交流电信号输入端，用于连接至可编程信号发生器的信号输出端；每一片金属板内部还均设有电加热器和热电偶，即所述传感器内置有两个电加热器和两个热电偶；电加热器和热电偶通过引线延伸出金属板外，电加热器及引线均与金属板电性绝缘，即电加热器及引线均设有绝缘套管；电加热器和热电偶通过引线连接至温度控制模块，使得土壤试样的温度在检测时保持在由MCU预设的温度值；输入设备用于向MCU输入预设的测量参数和检测指令；可编程信号发生器可接收MCU发出的指令，按照MCU发出的指令产生频率和幅值由MCU预设的交流电信号；在检测时，预设产生的交流电信号为频率f随时间t变化、幅值保持不变的交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种现场快速检测土壤重金属含量的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：传感器，放大器，以及单片微型计算机。

【技术特征摘要】
1.一种现场快速检测土壤重金属含量的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：传感器，放大器，以及单片微型计算机。2.一种现场快速检测土壤重金属含量的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：传感器，可编程信号发生器，电流采样器，电压采样器，仪用放大器I，仪用放大器V，A/D转换器I(即ADC-I)，A/D转换器V(即ADC-V)，接口电路，MCU(微控制单元，MicroControllerUnit；MCU，又称为单片微型计算机)，输入设备，温度控制模块，电源模块；所述传感器还内置有电加热器和热电偶；在检测时，传感器中填装有采集得到的土壤试样；所述输入设备电性连接至MCU，可编程信号发生器的受控输入端电性连接至MCU，可编程信号发生器的信号输出端电性连接至传感器，电流采样器，电压采样器分别与传感器电性连接，电流采样器与仪用放大器I的信号输入端电性连接，电压采样器与仪用放大器V的信号输入端电性连接，仪用放大器I的信号输出端电性连接至A/D转换器I(即ADC-I)的模拟信号输入端，仪用放大器V的信号输出端电性连接至A/D转换器V(即ADC-V)的模拟信号输入端，A/D转换器I的数字信号输出端和A/D转换器V的数字信号输出端均通过接口电路电性连接至MCU；所述传感器包括一对平行的圆片状的金属板，每一片金属板均连接有交流电信号输入端，用于连接至可编程信号发生器的信号输出端；每一片金属板内部还均设有电加热器和热电偶，即所述传感器内置有两个电加热器和两个热电偶；电加热器和热电偶通过引线延伸出金属板外，电加热器及引线均与金属板电性绝缘，即电加热器及引线均设有绝缘套管；电加热器和热电偶通过引线连接至温度控制模块，使得土壤试样的温度在检测时保持在由MCU预设的温度值；输入设备用于向MCU输入预设的测量参数和检测指令；可编程信号发生器可接收MCU发出的指令，按照MCU发出的指令产生频率和幅值由MCU预设的交流电信号；在检测时，预设产生的交流电信号为频率f随时间t变化、幅值保持不变的交流电信号；可编程信号发生器输出所述交流电信号至传感器，对土壤试样进行检测；在检测时，MCU还向温度控制器发出指令，使传感器内置的电加热器工作，控制所述传感器的温度值维持在预设的值；经过传感器的交流电流信号经过电流采样器后输出至仪用放大器I进行放大，再由A/D转换器I将放大后的模拟信号转换为数字信号，得到经过传感器的交流电流信号的数字值；传感器两端的交流电压信号经过电压采样器后输出至仪用放大器V进行放大，再由A/D转换器V将放大后的模拟信号转换为数字信号，得到传感器两端的交流电压信号的数字值；所述经过传感器的交流电流信号的数字值、传感器两端的交流电压信号的数字值通过接口电路实时地传输至MCU，由MCU实时地存储，MCU还根据经过传感器的交流电流信号和传感器两端的交流电压信号这两者的幅值、相位计算得到土壤试样的表观电容实部Cp、表观电容虚部Cp’、损耗角正切值Tan(Delt...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋长青，许伟，王志亮，尹海宏，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32