CN103913508A

CN103913508A - 一种快速检测土壤中重金属含量及空间分布的方法与装置

Info

Publication number: CN103913508A
Application number: CN201410017331.6A
Authority: CN
Inventors: 王学松; 邱立伟; 袁莉萍
Original assignee: CHANGZHOU CHEFF ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHANGZHOU CHEFF ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2014-01-14
Publication date: 2014-07-09

Abstract

本发明涉及一种快速检测土壤中重金属含量及空间分布的方法及装置。本发明通过现场测定磁化率，同时采用北斗导航系统定位得出测定点地理坐标及海拔高度，实现无损害、快速、便捷的测定土壤中重金属浓度，其精确度达到1ppm，另外还可结合土地利用图与区域地形图绘制出重金属浓度空间分布图。本发明克服了传统重金属浓度测量方法复杂、费时的缺点，实现了由非专业人士快速、实时准确的测定土壤重金属浓度，且对土壤样品无损害；解决了针对不同重金属需要不同检测方法的难点，实现了一机多参数的测量。另外，本发明的测定方法可用于追踪土壤污染的来源，对控制土壤重金属污染具有重要意义。

Description

一种快速检测土壤中重金属含量及空间分布的方法与装置

技术领域

本发明涉及一种检测土壤中重金属含量的方法及装置，特别涉及一种快速检测土壤中重金属含量及空间分布的方法及装置。

背景技术

土壤是自然地理要素之一，是植物生长和人类居住的场所，土壤中重金属的污染不仅影响土壤的性质，而且关系到植物、动物甚至人类的健康，而且土壤一旦被重金属污染，就很难彻底消除。在工矿业和农业活动及城市化进程的影响下，土壤重金属不断累积，污染程度加重，危害日趋严重。当前我国以进入环境污染事故的高发期，重金属污染事故时有发生，对人类安全造成了很大危害，所以急需一种可以快速测定土壤重金属污染的方法。

现有的传统测定土壤重金属含量的方法通常是先到污染地点采集土壤样品，后将土壤样品带回实验室进行相应的前处理与化学分析，此类方法采样分析成本高，浪费大量人力物力，对样品的前处理繁琐且时间长，对样品有破坏性，且针对不同重金属需要采用不同的分析处理方法，实验准确性受人为操作因素影响，实验对检测人员的健康有一定的影响。此外，目前土壤重金属缺乏现场检测技术，而且现场检测结果时常受到各种不同场地条件的影响，精确度不高，某些现场测定土壤重金属浓度的检测方法对重金属的浓度有要求，只能对特定浓度范围内的重金属污染进行测定，超过浓度范围的重金属污染测得的数据不准确，例如激光诱导等离子体光谱技术只在测定含量低于300ppm的元素时较为准确。

发明内容

本发明的目的是：减化了传统土壤重金属浓度检测过程中复杂的实验操作，降低了对操作人员的专业技能要求，提供一种快速、简捷、经济、对样品不具有破坏性的快速检测土壤中重金属含量及空间分布的方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种快速检测土壤中重金属浓度及空间分布的方法，具有如下步骤：

A)在待测点所在区域城市范围内运用网格布点法，网格间距30m进行布点，布点数量≥20，对所布点进行取样，检测各布点的土壤磁学参数，用原子吸收光谱法测定待测点目标重金属浓度值，根据所布点土壤磁学参数与目标重金属浓度值运用SPSS软件进行逐步回归得到目标重金属浓度与磁学参数关系式，提取该关系式系数a、b、c、d、e、f，即为目标重金属浓度的运算公式中的运算参数的具体数值

B)测定待测点土壤的磁学参数，分别测量：磁化率(χ)、频率磁化率(χ_fd)、非磁滞剩磁磁化率(X_ARM)、饱和等温剩磁(SIRM)、软等温剩磁(IRM_20mT)；

C)根据步骤B)得到的磁学参数，及步骤A)所得的a、b、c、d、e、f，运算出待测点土壤目标重金属浓度，重金属浓度的运算公式为y＝a+b*X_fd+c*XARM+d*X+e*IRM_20mT+f*SIRM；

D)确定待测点地理坐标及海拔高度；

E)将步骤C得到的重金属浓度值与步骤D)确定的待测区域的地形及土地利用电子地图相结合，运用GIS系统生成可视化的土壤重金属含量空间分布图。

上述的快速检测土壤中重金属浓度及空间分布的方法，所述目标重金属为Al，Ti，Se，Ga，Li，V，Cu，Cd，Co，As，Sb，Mo，Sn，Au，Fe，Ag，Sc，Ba，Bi，Pb，Zn，Ni，Cr，Hg，Mn，Be，Pt，Pd中一种。

上述的快速检测土壤中重金属浓度及空间分布的方法，所述步骤B)采用磁化率仪测定磁化率(X)和频率磁化率(Xfd)；采用交变退磁仪测定非磁滞剩磁磁化率(X_ARM)；脉冲磁化仪测定饱和等温剩磁(SIRM)；旋转磁力仪测定软等温剩磁(IRM_20mT)。

上述的快速检测土壤中重金属浓度及空间分布的方法，所述步骤C)采用北斗卫星导航系统(BDS)测定待测点的地理坐标和海拔高度。

一种实现上述方法的快速检测土壤中重金属浓度及空间分布的方法装置，其组成为：磁学参数测量装置，BDS导航系统，计算模块及数显操作屏，GIS可视化系统；所述磁学参数测量装置为便携式磁化率仪、交变退磁仪、脉冲磁化仪、旋转磁力仪中一个或多个；所述磁学参数测量装置及BDS导航系统输出端连接计算模块的输入端，计算模块输出端连接GIS可视化系统输入端。

根据步骤A)中目标重金属浓度与磁学参数关系式，确定目标金属的含量表征公式与磁化率(X)、频率磁化率(X_fd)、非磁滞剩磁磁化率(X_ARM)、饱和等温剩磁(SIRM)、软等温剩磁(IRM_20mT)中一个或多个相关，然后再确定对应的测量仪器，即为便携式磁化率仪、交变退磁仪、脉冲磁化仪、旋转磁力仪中一个或多个，用于测定土壤磁学参数；BDS导航系统，用于测定待测点的地理坐标及海拔高度；计算模块及数显操作屏，计算模块是载有重金属浓度运算公式的装置，通过前述装置的数据输入，计算出重金属浓度，计算模块可更换重金属浓度公式表征芯片，用于计算不同重金属的浓度，显示出带有空间信息的土壤重金属浓度数据；所述计算模块连接GIS可视化系统，用于将数据生成可视化的土壤重金属浓度空间分布图。

本发明具有积极的效果：

(1)本发明减化了传统土壤重金属浓度检测过程中复杂的实验操作，降低了对操作人员的专业技能要求。

(2)本发明可以实现对大面积的土壤进行重金属污染状况的测定，对于重金属污染的系统调查工作具有重要意义，因为磁性测量方法快速、简捷、经济、对样品不具有破坏性，且检测周期也大大缩短了，可以现场直接得出重金属的含量。

(3)由于磁化率仪的灵敏度非常高，达到10^-8emu，检测限达10^-6emu，本方法检测重金属浓度的精确度较高，可达到1ppm。

(4)本方法中增加的北斗卫星导航系统使得在检测重金属浓度的同时可确定检测地点的经纬度及海拔高度，使测定点数据输出含有空间信息，以便绘制出重金属的浓度空间分布图，使得测定结果更加的形象化、直观化。

(5)本发明还可以追踪土壤重金属污染来源，对后续如何控制重金属的污染以及修复受污染的土壤具有重要的意义。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明测量装置的结构示意图；图2是实施例1所得的土壤中铜含量空间分布图；图3是实施例2所得的土壤中铅的含量空间分布图。

其中1磁学参数测量装置，2BDS导航系统，3计算模块及数显操作屏，4GIS可视化系统。

具体实施方式

(实施例1)

见表1和图1

选择江苏省徐州市的城市土壤为研究对象，运用磁学方法表征城市土壤中重金属浓度。

(1)用磁化率仪测定出徐州钢铁厂附近27个点的磁学参数，得到目标重金属浓度与磁学参数关系式为y＝8.91764+0.04212*X，提取重金属浓度公式的参数为a＝8.91764，b＝0，c＝0，d＝0.04212，e＝0，f＝0。

(2)同时测定该地点的地理坐标，见表1。

(3)得到待测区域(徐州)重金属铜的浓度运算表征公式：铜浓度＝28.91764+0.04212*X，r＝0.7167,p<0.0001计算出各待测点铜的浓度。

(4)运用GIS系统生成可视化的土壤铜的含量空间分布图。

表1待测点磁化率、地理坐标及铜的含量

(实施例2)

见表2和图2

选择江苏省徐州市的城市土壤为研究对象，运用磁学方法表征城市土壤中重金属铅的浓度。

(1)用磁化率仪测定出徐州钢铁厂附近27个点的磁学参数，得到目标重金属铅浓度与磁学参数关系式为y＝22.5+0.062x，提取重金属铅浓度公式的参数为a＝22.5，b＝0，c＝0，d＝0.062，e＝0，f＝0。

(2)同时测定该地点的地理坐标，见表2。

(3)得到待测区域重金属铅浓度运算表征公式：Pb的浓度＝22.5+0.062x r＝0.570p<0.005n＝27，计算出各待测点铅的浓度。

(4)运用GIS系统生成可视化的土壤铅的含量空间分布图。

表2待测点磁化率、地理坐标及铅的含量

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种快速检测土壤中重金属浓度及空间分布的方法，具有如下步骤：

A）在待测点所在区域城市范围内运用网格布点法，网格间距30m进行布点，布点数量≥20，对所布点进行取样，检测各布点的土壤磁学参数，用原子吸收光谱法测定待测点目标重金属浓度值，根据所布点土壤磁学参数与目标重金属浓度值运用SPSS软件进行逐步回归得到目标重金属浓度与磁学参数关系式，提取该关系式系数a、b、c、d、e、f，即为目标重金属浓度的运算公式中的运算参数的具体数值

B）测定待测点土壤磁学参数，分别测量：磁化率(χ)、频率磁化率(χ_fd)、非磁滞剩磁磁化率（XARM）、饱和等温剩磁(SIRM)、软等温剩磁（IRM_20mT）；

C）根据步骤B）得到的磁学参数，及步骤A）所得的a、b、c、d、e、f，运算出待测点土壤目标重金属浓度，重金属浓度的运算公式为y=a+b*X_fd+c*X_ARM+d*X+e*IRM_20mT+f*SIRM；

D)确定待测点地理坐标及海拔高度；

E）将步骤C得到的重金属浓度值与步骤D）确定的待测区域的地形及土地利用电子地图相结合，运用GIS系统生成可视化的土壤重金属含量空间分布图。

2.根据权利要求1所述的快速检测土壤中重金属浓度及空间分布的方法，其特征在于：所述目标重金属为Al，Ti，Se，Ga，Li，V，Cu，Cd，Co，As，Sb，Mo，Sn，Au，Fe，Ag，Sc，Ba，Bi，Pb，Zn，Ni，Cr，Hg，Mn，Be，Pt，Pd中一种。

3.根据权利要求1所述的快速检测土壤中重金属浓度及空间分布的方法，其特征在于：所述步骤B）采用磁化率仪测定磁化率(X)和频率磁化率(X_fd)；采用交变退磁仪测定非磁滞剩磁磁化率（X_ARM）；脉冲磁化仪测定饱和等温剩磁(SIRM)；旋转磁力仪测定软等温剩磁（IRM_20mT）。

4.根据权利要求1所述的快速检测土壤中重金属浓度及空间分布的方法，其特征在于：所述步骤C）采用北斗卫星导航系统（BDS）测定待测点的地理坐标和海拔高度。

5.一种实现上述方法的快速检测土壤中重金属浓度及空间分布的方法装置，其组成为：磁学参数测量装置（1），BDS导航系统（2），计算模块及数显操作屏（3），GIS可视化系统（4）；所述磁学参数测量装置为便携式磁化率仪、交变退磁仪、脉冲磁化仪、旋转磁力仪中一个或多个；所述磁学参数测量装置及BDS导航系统输出端连接计算模块的输入端，计算模块输出端连接GIS可视化系统输入端。