基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估系统和方法技术方案

本发明专利技术公开的一种基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估系统和方法，基于地面反射光谱数据可以实现水体中稀土元素浓度的快速定量反演。本发明专利技术的系统包括稀土水样采集装置、地物波谱仪、ICP-MS等离子体质谱仪及计算机；稀土水样采集装置用于采集不同浓度的稀土水样，地物波谱仪用于对采集的稀土水样分别进行地面反射光谱测量，分析确定对稀土浓度具有指示意义的特征吸收谷分布特征，ICP-MS等离子体质谱仪用于对采集的稀土水样分别进行稀土元素浓度测试；计算机根据得到的特征吸收谷分布特征，计算得出特征吸收谷的相对吸收深度，并建立特征吸收谷的相对吸收深度与稀土元素浓度之间的相关关系，得出稀土浓度定量评估模型。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及稀土元素光谱特征研究领域，特别是涉及一种。
技术介绍
地面反射光谱测量技术是一种快速、廉价、无损的获取样品波谱特征的技术手段。光谱吸收特征一般和物质成分具有密切联系，前人研究表明，与电子转换和跃迁等过程相关的阳离子如Fe，Ti, Cr,稀土元素，在可见光-近红外波段具有特征吸收，而这些吸收特征的位置、形状、深度等参数是由元素的化学特性决定的。波谱吸收特征及化学特征之间的相关性研究已经在土壤学、矿物学及植被科学等领域得到了证实。其中描述光谱吸收特征的参数——光谱吸收深度可以作为一种定量评估样品化学组成的参数，已被应用在土壤学、矿物学及植被研究中。但是目前对稀土元素的光谱特征及与其化学特性之间的关系的相关研究开展的很少，文献可查的主要包括美国USGS波谱库中测量了 Eu、Nd、Sm稀土氧化物的光谱；又如EntonBedini在光谱测量中发现了一含有稀土氧化物的碳酸岩类样品的波谱，因为含有Nd元素，在可见光-近红外波段0.58 μ m、0.74 μ m、0.80 μ m波段存在波谱吸收特征。离子吸附性稀土矿是1969年在我国江西首次发现的一种新型稀土矿，该矿具有分布广、储量丰富、放射性低、稀土配分齐全，富含中重稀土元素等优点，广泛分布在我国南方的江西、福建、湖南、广东、广西等省，其中江西省所占份额最大。离子吸附型稀土矿中稀土元素主要以离子状态吸附在粘土矿物中，一般采用化学浸取技术进行提取。离子吸附型稀土矿中稀土离子在遇到化学性质更活泼的阳离子(H+、NH4+等)能被其交换解吸，当离子吸附型稀土用盐类电解质溶液淋洗时，稀土离子就会被交换下来，类似于离子交换过程。稀土元素的提取主要是加入盐类等浸取剂在母液池中收集母液，因此不同母液池中存在不同浓度的稀土离子。由于某些矿区母液池溶液长期的地下渗透及不合理排放，稀土矿区周边的河流也具有一定浓度的稀土离子，故本专利技术采集不同稀土浓度的水样，通过波谱测量及化学分析，探讨稀土元素在水体中的波谱特征，并建立波谱特征与稀土元素浓度之间的关系，这一研究对于溶液中稀土浓度快速反演具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术公开了一种，基于地面反射光谱数据可以实现水体中稀土元素浓度的快速定量反演。所得成果可以用于稀土矿周边河流中稀土污染的定量-半定量快速评估，同时对其他介质中如风化壳或岩石中稀土浓度的定量-半定量研究起到了良好的启示作用，另外还可以对稀土矿物及元素的航空及航天高光谱遥感的矿物信息提取研究提供理论及技术支撑。本专利技术的技术方案是:一种基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估系统，其特征在于，包括稀土溶液水样采集装置、地物波谱仪、ICP-MS等离子体质谱仪及计算机；所述稀土溶液水样采集装置用于采集不同浓度的稀土溶液水样，所述地物波谱仪用于对采集的不同浓度的稀土溶液水样分别进行地面反射光谱测量，对于所测量的地面反射光谱分析确定对稀土浓度具有指示意义的特征吸收谷分布特征，所述ICP-MS等离子体质谱仪用于对采集的不同浓度的稀土溶液水样分别进行稀土元素浓度测试；所述计算机根据得到的特征吸收谷分布特征，计算得出特征吸收谷的相对吸收深度，并建立特征吸收谷的相对吸收深度与稀土元素浓度之间的相关关系，得出稀土浓度定量评估模型。所述地物波谱仪为美国ASDFieldSpec3系列便携式地物波谱仪。所述ICP-MS等离子体质谱仪为X-series等离子体质谱仪。所述稀土溶液水样采集装置包括若干具有适当容积的用于收集稀土溶液水样的容器。一种基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估方法，其特征在于，包括以下步骤I)首先进行样品采集，采集若干不同浓度的稀土溶液水样；2)然后基于采集的不同浓度稀土溶液水样运用地物波谱仪分别进行地面反射光谱测量；基于测量得到的不同浓度稀土溶液水样的反射光谱，分析确定对稀土浓度具有指示意义的特征吸收谷分布特征，计算不同浓度稀土溶液水样的各特征吸收谷的相对吸收深度；3)再运用ICPMS等离子质谱仪对采集的不同浓度稀土溶液水样进行稀土浓度化学分析及稀土元素浓度测试；根据测试结果分别计算不同浓度稀土溶液水样的稀土总浓度；4)最后对不同浓度稀土溶液水样的各特征吸收谷的相对吸收深度与稀土总浓度进行线性回归分析，建立特征吸收谷的相对吸收深度与稀土总浓度之间的相关关系，得出稀土浓度定量评估模型。所述步骤I)中，采集的不同浓度的稀土溶液水样为稀土矿区母液池中的溶液和稀土矿周边被稀土矿污染的河流中的水体，包括10个以上不同浓度的稀土溶液水样。所述步骤I)中，选用适当容积的水样收集容器，并将采集的水样运用适当孔径的滤膜抽滤，采水样之前，需用水样冲洗容器若干次，采集的水样在0-4度冷藏。所述步骤2)中，测试在暗室中进行，光谱测试时，每次所用水样的溶液体积均相同；将波谱仪所配光源及探头固定到合适的位置，并保证每次测量时都将盛放水样的测量烧杯放置在同一位置，针对每个样品进行多次测量，对于测量得到的数据求平均值，得到每个样品的反射光谱。所述步骤2)中，在计算各特征吸收谷的相对吸收深度之前，对各水样的反射光谱进行去连续统处理，选取IOnm作为去连续统处理的波长间隔，去除背景的影响。所述步骤2)中，根据分析得到的各水样的特征吸收谷分布特征，对于波长处于574nm, 790nm, 736nm, 520nm, 861nm, 443nm的6个特征吸收谷,分别计算各个水样的6个特征吸收谷处的相对吸收深度。所述步骤3)中，溶解态REE浓度分析过程如下先用HDEHP和H2MEHP混合萃取剂将REE从水溶液中萃取出来，然后再用超纯HCl将REE从萃取剂中反萃出来并转化为硝酸盐。所述步骤3)中，用于等离子质谱分析的各元素的同位素是89Y、139La、14°Ce、141Pr、146Nd、147Sm、151Eu、157Gd、159Tb、163Dy、165Ho、167Er、169Tm、173Yb、175Lu。ICP-MS 检测限为 89Y0.022 μ g/1, 139La0.018 μ g/1, 140Ce0.028 μ g/1, 141Pr0.005 μ g/1, 146Nd0.076 μ g/I, 147Sm0.009 μ g/1, 151Eu0.002 μ g/1, 157Gd0.021 μ g/1, 159Tb0.002 μ g/1, 163Dy0.009 μ g/1,165Ho0.003 μ g/1,167Er0.005 μ g/1,169T m0.002 μ g/1,173Yb0.003 μ g/1 和 175Lu0.0005 μ g/L.所述步骤4)中，运用最小二乘法分别对水样的6个特征吸收谷处的相对吸收深度与稀土总浓度进行线性模拟，根据最小二乘原理，得到线性模拟方程为Y=bX+a，并求得相关系数R ;其中，Y表示稀土总浓度，X为特征吸收谷的相对吸收深度，b和a通过测得的各个水样的稀土总浓度值和某一特征吸收谷的相对吸收深度值求得:本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估系统，其特征在于，包括稀土溶液水样采集装置、地物波谱仪、ICP?MS等离子体质谱仪及计算机；所述稀土溶液水样采集装置用于采集不同浓度的稀土溶液水样，所述地物波谱仪用于对采集的不同浓度的稀土溶液水样分别进行地面反射光谱测量，对于所测量的地面反射光谱分析确定对稀土浓度具有指示意义的特征吸收谷分布特征，所述ICP?MS等离子体质谱仪用于对采集的不同浓度的稀土溶液水样分别进行稀土元素浓度测试；所述计算机根据得到的特征吸收谷分布特征，计算得出特征吸收谷的相对吸收深度，并建立特征吸收谷的相对吸收深度与稀土元素浓度之间的相关关系，得出稀土浓度定量评估模型。

【技术特征摘要】
1.基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估系统，其特征在于，包括稀土溶液水样采集装置、地物波谱仪、ICP-MS等离子体质谱仪及计算机；所述稀土溶液水样采集装置用于采集不同浓度的稀土溶液水样，所述地物波谱仪用于对采集的不同浓度的稀土溶液水样分别进行地面反射光谱测量，对于所测量的地面反射光谱分析确定对稀土浓度具有指示意义的特征吸收谷分布特征，所述ICP-MS等离子体质谱仪用于对采集的不同浓度的稀土溶液水样分别进行稀土元素浓度测试；所述计算机根据得到的特征吸收谷分布特征，计算得出特征吸收谷的相对吸收深度，并建立特征吸收谷的相对吸收深度与稀土元素浓度之间的相关关系，得出稀土浓度定量评估模型。2.根据权利要求1所述的基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估系统，其特征在于，所述地物波谱仪为为美国ASDFieldSpeC3系列便携式地物波谱仪；所述ICP-MS等离子体质谱仪为X-series等离子体质谱仪。3.根据权利要求1所述的基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估系统，其特征在于，稀土溶液水样采集装置包括若干具有适当容积的用于收集稀土溶液水样的容器。4.基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)进行样品采集，采集若干不同浓度的稀土溶液水样； 2)基于采集的不同浓度稀土溶液水样运用地物波谱仪分别进行地面反射光谱测量；基于测量得到的不同浓度稀土溶液水样的反射光谱，分析确定对稀土浓度具有指示意义的特征吸收谷分布特征，计算不同浓度稀土溶液水样的各特征吸收谷的相对吸收深度； 3)运用ICPMS等离子质谱仪对采集的不同浓度稀土溶液水样进行稀土浓度化学分析及稀土元素浓度测试；根据测试结果分别计算不同浓度稀土溶液水样的稀土总浓度； 4)对不同浓度稀土溶液水样的各特征吸收谷的相对吸收深度与稀土总浓度进行线性回归分析，建立特征吸收谷的 相对吸收深度与稀土总浓度之间的相关关系，得出稀土浓度定量评估模型。5.根据权利要求4述的基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估方法，其特征在于，所述步骤I)中，采集的不同浓度的稀土溶液水样为稀土矿区母液池中的溶液和稀土矿周边被稀土矿污染的河流中的水体，包括10个以上不同浓度的稀土溶液水样；采集水样时，选用适当容积的水样收集容器，并将采集的水样运用适当孔径的滤膜抽滤；采水样之前，需用水样冲洗容器若干次，采集的水样在0-4度冷藏。6.根据权利要求5所述的基于地面反射光谱的水体中稀土浓度定量评估方法，其特征在于，所述步骤2)中，测试在暗室中进行，光谱测试时，每...

【专利技术属性】
技术研发人员：代晶晶，
申请(专利权)人：中国地质科学院矿产资源研究所，
类型：发明
国别省市：