CN107462542A - 一种土壤重金属检测报警装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于重金属检测报警装置领域，具体涉及一种土壤重金属检测报警装置及其使用方法。该装置包括壳体，所述壳体内部设有电源、检测室、光源、光谱探测模块、运算控制模块，所述壳体外部设有报警指示灯和触摸显示屏。本发明采用红外光谱分析技术在取样现场即可对土壤样品进行检测，并根据检测到的重金属含量分析出土壤污染程度，当重金属含量超限时立即采用灯光报警。本发明结构设计合理，操作简单，携带方便，不需使用化学试剂对土壤样品进行处理，既节省时间、节约成本，也杜绝了化学试剂造成的二次污染问题。本发明检测速度快、样品所需量小、检测结果精确，并可同时进行多种重金属含量值的分析。
Description
技术领域
本发明属于重金属检测报警装置领域，具体涉及一种土壤重金属检测报警装置及其使用方法。
背景技术
土壤是农业生产的基础，是人类生存环境的重要载体。土壤作为土地资源的主要物质基础，其固有的有限性和人类的时间尺度上的不可再生性决定了土壤承载量的有限性。随着经济全球化的迅速发展，含重金属的污染物可以通过各种途径进入土壤造成土壤污染。统计资料表明，我国受铜、锌、镉、铅等4种重金属污染的耕地面积近2000万hm2，约占耕地总面积的1/5，合计经济损失至少200亿元。这些重金属来源广泛，其中有来自于工业的“三废”，污水灌溉、肥料的土壤施用及废矿尾矿等途径。土壤中有害重金属积累到一定程度就会对生态系统产生毒害作用，导致土壤的退化、农作物质量降低，通过径流和淋洗作用可以将重金属污染范围扩大到地表水和地下水。更严重的是土壤中的重金属污染具有移动性差、隐蔽性强、滞留时间长、不能被微生物有效降解，并通过食物链在生物体中富集产生更大的毒性，最终在人体内蓄积危及人类的生命和健康。
尽管重金属污染问题受到许多国家的重视并采取了一定的应对措施，然而随着人类对资源开发强度的日益加大，重金属还在不断的输入到环境中，重金属污染程度仍然在加剧，重金属对动植物和人类的危害事件正在不断的出现。在这种严峻的形势下，我们采取何种检测技术才能行之有效的检测重金属污染水平，对重金属污染问题的控制与治理至关重要。由于土壤样品成分复杂、性质特殊，目前常用的重金属检测与评价方法都不能直接对土壤样品进行分析，而需要对样品进行一系列的前处理，不但费时费力，而且用过的化学药品不易处理，容易形成二次污染。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种土壤重金属检测报警装置及其使用方法，该装置采用红外光谱分析技术在取样现场即可对土壤样品进行检测，并根据检测到的重金属含量分析出土壤污染程度，当重金属含量超限时立即采用灯光报警。本发明携带方便，不需使用化学试剂对土壤样品进行处理，检测分析时间短、样品所需量小、并可以同时进行多种重金属含量值的分析。
本发明技术方案如下：
一种土壤重金属检测报警装置，包括矩形壳体，所述矩形壳体内部设有电源、检测室、光源、光谱探测模块、运算控制模块，所述矩形壳体外部设有报警指示灯和触摸显示屏；
所述电源设于矩形壳体内部左侧，为整个装置供电；
所述检测室设于电源右侧，用于屏蔽所述检测室外的光线和容置土壤样品；
所述检测室左侧壁上部设有光源，所述光源用于照射所述检测室内的土壤样品使其发出光谱；所述检测室右侧设有光谱探测模块，其中光谱探测模块的探头设于检测室右侧壁上部，用于采集所述土壤样品发出的光谱信息；
所述运算控制模块设于所述光谱探测模块右侧，与所述光源、光谱探测模块和报警指示灯相连，用于根据所述土壤样品的光谱信息分析土壤样品中重金属含量并根据含量值控制报警指示灯闪亮发出警报；所述报警指示灯设于矩形壳体顶部外侧与运算控制模块同一直线上的位置；
所述触摸显示屏设于矩形壳体右侧壁外部，与所述运算控制模块相连，用于显示操作界面并通过点触界面控制所述装置的运行及检测结果的展示。
进一步的，所述矩形壳体顶部外侧与电源同一直线上的位置设有电源开关和运行指示灯，所述电源开关和运行指示灯均与电源相连；所述电源为可移动电源。
进一步的，所述检测室顶部中心位置设有进料口，所述进料口为长方体通道结构，上开口端突出于矩形壳体顶部，下开口端与检测室连通；所述检测室底部中心位置设有出料口，所述出料口为长方体通道结构，上开口端与检测室连通，下开口端突出于矩形壳体底部。
进一步的，所述进料口上开口端设有进料口盖体，用于遮挡检测室外的光线；所述进料口下开口端设有进料口过滤网，用于阻止大体积土壤颗粒进入检测室；所述出料口上开口端设有活塞，关闭活塞可使土壤样品容置在检测室内，打开活塞可将土壤样品排出。
进一步的，所述检测室左、右侧壁底部分别设有循环管路进料口、循环管路出料口，所述循环管路进料口和循环管路出料口由设于检测室外部的循环管路连通，所述循环管路上设有循环泵，所述循环泵与所述运算控制模块相连，用于通过循环搅拌的方式使土壤样品均匀分散在检测室底部；所述循环管路进料口开口端设有循环管路过滤网，用于阻止大体积土壤颗粒进入循环泵。
进一步的，所述光源为双集成真空钨灯。
进一步的，所述光谱探测模块为SW2000快速光谱分析仪，光谱范围为600-1100nm。
进一步的，所述运算控制模块采用ARM9嵌入式模块。
进一步的，所述触摸显示屏为电容式触摸显示屏。
本发明一种土壤重金属检测报警装置的使用方法步骤如下：
一、设置空白对照：由检测室进料口加入一定量的纯净水，使水面高度超过所述循环管路进料口和循环管路出料口，盖上进料口盖体，开启光源与光谱探测模块进行光谱测量，取得空白对照值，关闭光源与光谱探测模块；
二、土壤样品处理：采集待测土壤，去除固体杂质并将土壤粉碎，称取10g土壤样品经进料口过滤网过滤后进入检测室，并与检测室底部容置的空白对照用纯净水混合形成土壤样品悬浮液，开启循环泵对土壤样品悬浮液进行循环搅拌，搅拌3min后关闭循环泵，静止3min使土壤样品均匀分散于检测室底部；
三、检测报警：盖上进料口盖体，开启光源与光谱探测模块进行光谱测量，并分析得出土壤样品中的重金属含量值，将样品含量值与预设的重金属含量报警阈值进行比对，当土壤样品中重金属含量值超过高报警阈值时，报警指示灯发出闪烁红光报警，提示该土壤样品属于重金属严重污染；当土壤样品中重金属含量在高、低报警阈值之间时，报警指示灯发出闪烁黄光报警，提示该土壤样品属于重金属轻度污染；当土壤样品中重金属含量低于低报警阈值时，报警指示灯发出绿色灯光，提示该土壤样品重金属含量正常。
本发明的优点在于：
1、本发明在检测土壤重金属含量时不需要使用化学试剂对土壤样品进行繁琐的预处理，既节省时间，节约成本，也杜绝了化学试剂的二次污染问题。
2、本发明结构设计合理、操作简单、便于携带，采用移动电源供电，可在野外随时随地对土壤样品进行检测。
3、本发明检测速度快，在取样现场即可快速测得土壤中的重金属含量值，并可根据含量值做出灯光报警，快速直观地反映出土壤重金属污染程度。
4、本发明运算控制模块采用ARM9嵌入式模块，可同时对多种重金属含量值进行分析，其运算所得检测结果准确可靠。
5、本发明采用循环搅拌的方式使土壤样品中的重金属能够分散的更均匀，使测量得到的重金属含量值更准确可信。
附图说明
图1是本发明土壤重金属检测报警装置的内部结构图；
图中：1、矩形壳体；2、电源；3、检测室；4、光源；5、光谱探测模块；6、运算控制模块；7、报警指示灯；8、触摸显示屏；9、电源开关；10、运行指示灯；11、进料口；12、出料口；13、进料口盖体；14、进料口过滤网；15、活塞；16、循环管路进料口；17、循环管路出料口；18、循环管路；19、循环泵；20、循环管路过滤网。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1：本发明一种土壤重金属检测报警装置及其使用方法：
一种土壤重金属检测报警装置，包括矩形壳体1，所述矩形壳体1内部设有电源2、检测室3、光源4、光谱探测模块5、运算控制模块6，所述矩形壳体1外部设有报警指示灯7和触摸显示屏8。
所述电源2设于矩形壳体1内部左侧，为整个装置供电；所述电源2为可移动电源，可选用碱性干电池或可充电锂电池；所述矩形壳体1顶部外侧与电源2同一直线上的位置设有电源开关9和运行指示灯10，所述电源开关9和运行指示灯10均与电源2相连。
所述检测室3设于电源2右侧，用于屏蔽所述检测室外的光线和容置土壤样品。
所述检测室3左侧壁上部设有光源4，所述光源4为双集成真空钨灯；所述光源4用于照射所述检测室内的土壤样品使其发出光谱；所述检测室3右侧设有光谱探测模块5，其中光谱探测模块的探头设于检测室3右侧壁上部，所述光谱探测模块5为SW2000快速光谱分析仪，光谱范围为600-1100nm，用于采集所述土壤样品发出的光谱信息。
所述检测室3顶部中心位置设有进料口11，所述进料口11为长方体通道结构，上开口端突出于矩形壳体1顶部并设有进料口盖体13，用于遮挡检测室外的光线；下开口端与检测室3连通并设有进料口过滤网14，用于阻止大体积土壤颗粒进入检测室；所述检测室3底部中心位置设有出料口12，所述出料口12为长方体通道结构，上开口端与检测室3连通并设有活塞15，关闭活塞15可使土壤样品容置在检测室内，打开活塞15可将土壤样品排出；出料口12下开口端突出于矩形壳体1底部。
所述检测室3左、右侧壁底部分别设有循环管路进料口16、循环管路出料口17，所述循环管路进料口16和循环管路出料口17由设于检测室外部的循环管路18连通，所述循环管路18上设有循环泵19，所述循环泵19与所述运算控制模块4相连，用于通过循环搅拌的方式使土壤样品均匀分散在检测室3底部；所述循环管路进料口16开口端设有循环管路过滤网20，用于阻止大体积土壤颗粒进入循环泵，避免泵的阻塞和损坏。所述循环管路18与出料口12的位置是相互错开的。
所述运算控制模块6设于所述光谱探测模块5右侧，所述运算控制模块6采用ARM9嵌入式模块，与所述光源4、光谱探测模块5和报警指示灯7相连，用于根据所述土壤样品的光谱信息分析土壤样品中重金属含量并根据含量值控制报警指示灯7闪亮发出警报；所述报警指示灯7设于矩形壳体1顶部外侧与运算控制模块6同一直线上的位置。
所述触摸显示屏8设于矩形壳体1右侧壁外部，所述触摸显示屏8为电容式触摸显示屏，与所述运算控制模块6相连，用于显示操作界面并通过点触界面控制所述装置的运行及检测结果的展示。
本发明一种土壤重金属检测报警装置的使用方法，其特征在于步骤如下：
一、设置空白对照：由检测室进料口加入一定量的纯净水，使水面高度超过所述循环管路进料口和循环管路出料口，盖上进料口盖体，开启光源与光谱探测模块进行光谱测量，取得空白对照值，关闭光源与光谱探测模块。
二、土壤样品处理：采集待测土壤，去除固体杂质并将土壤粉碎，称取10g土壤样品经200目进料口过滤网过滤后进入检测室，并与检测室底部容置的空白对照用纯净水混合形成土壤样品悬浮液，开启循环泵对土壤样品悬浮液进行循环搅拌，搅拌3min后关闭循环泵，静止3min使土壤样品均匀分散于检测室底部。土壤样品循环过程中，循环管路进料口开口处设置的100目循环管路过滤网可以阻止大体积土壤颗粒进入循环泵造成泵的堵塞和损坏。
三、检测报警：盖上进料口盖体，开启光源与光谱探测模块进行光谱测量，并分析得出土壤样品中的各重金属含量值，将所测土壤样品中各重金属含量值逐一与预设的各重金属含量报警阈值进行比对，并通过触摸显示屏逐一显示土壤样品中各重金属的含量值，同时报警指示灯根据比对结果显示不同颜色灯光，对所测土壤样品中相应重金属的污染程度做出报警。
当土壤样品中铅含量值≥160mg/kg时，报警指示灯发出闪烁红光报警，提示该土壤样品中铅严重污染；当土壤样品中铅含量值在80-160mg/kg之间时，报警指示灯发出闪烁黄光报警，提示该土壤样品中铅轻度污染；当土壤样品中铅含量≤80mg/kg时，报警指示灯发出绿色灯光，提示该土壤样品中重金属铅含量正常。
当土壤样品中锌含量值≥500mg/kg时，报警指示灯发出闪烁红光报警，提示该土壤样品中锌严重污染；当土壤样品中锌含量值在200-500mg/kg之间时，报警指示灯发出闪烁黄光报警，提示该土壤样品中锌轻度污染；当土壤样品中锌含量≤200mg/kg时，报警指示灯发出绿色灯光，提示该土壤样品中重金属锌含量正常。
当土壤样品中铜含量值≥200mg/kg时，报警指示灯发出闪烁红光报警，提示该土壤样品中铜严重污染；当土壤样品中铜含量值在100-200mg/kg之间时，报警指示灯发出闪烁黄光报警，提示该土壤样品中铜轻度污染；当土壤样品中铜含量≤100mg/kg时，报警指示灯发出绿色灯光，提示该土壤样品中重金属铜含量正常。
当土壤样品中镉含量值≥10mg/kg时，报警指示灯发出闪烁红光报警，提示该土壤样品中镉严重污染；当土壤样品中镉含量值在10-1.0mg/kg之间时，报警指示灯发出闪烁黄光报警，提示该土壤样品中镉轻度污染；当土壤样品中镉含量≤1.0mg/kg时，报警指示灯发出绿色灯光，提示该土壤样品中重金属镉含量正常。
本发明可以根据土壤的不同类型，如耕地土壤、居住土壤、建筑土壤；以及不同农作物对不同酸、碱度土壤的具体重金属含量要求标准设置报警阈值，从而针对实际检测样品提供更精确直观的重金属污染警报。
Claims (10)
1.一种土壤重金属检测报警装置，其特征在于该装置包括矩形壳体(1)，所述矩形壳体(1)内部设有电源(2)、检测室(3)、光源(4)、光谱探测模块(5)、运算控制模块(6)，所述矩形壳体(1)外部设有报警指示灯(7)和触摸显示屏(8)；
所述电源(2)设于矩形壳体(1)内部左侧，为整个装置供电；
所述检测室(3)设于电源(2)右侧，用于屏蔽所述检测室外的光线和容置土壤样品；
所述检测室(3)左侧壁上部设有光源(4)，所述光源(4)用于照射所述检测室内的土壤样品使其发出光谱；所述检测室(3)右侧设有光谱探测模块(5)，其中光谱探测模块的探头设于检测室(3)右侧壁上部，用于采集所述土壤样品发出的光谱信息；
所述运算控制模块(6)设于所述光谱探测模块(5)右侧，与所述光源(4)、光谱探测模块(5)和报警指示灯(7)相连，用于根据所述土壤样品的光谱信息分析土壤样品中重金属含量并根据含量值控制报警指示灯(7)闪亮发出警报；所述报警指示灯(7)设于矩形壳体(1)顶部外侧与运算控制模块(6)同一直线上的位置；
所述触摸显示屏(8)设于矩形壳体(1)右侧壁外部，与所述运算控制模块(6)相连，用于显示操作界面并通过点触界面控制所述装置的运行及检测结果的展示。
2.根据权利要求1所述一种土壤重金属检测报警装置，其特征在于所述矩形壳体(1)顶部外侧与电源(2)同一直线上的位置设有电源开关(9)和运行指示灯(10)，所述电源开关(9)和运行指示灯(10)均与电源(2)相连；所述电源(2)为可移动电源。
3.根据权利要求1或2所述一种土壤重金属检测报警装置，其特征在于所述检测室(3)顶部中心位置设有进料口(11)，所述进料口(11)为长方体通道结构，上开口端突出于矩形壳体(1)顶部，下开口端与检测室(3)连通；所述检测室(3)底部中心位置设有出料口(12)，所述出料口(12)为长方体通道结构，上开口端与检测室(3)连通，下开口端突出于矩形壳体(1)底部。
4.根据权利要求3所述一种土壤重金属检测报警装置，其特征在于所述进料口(11)上开口端设有进料口盖体(13)，用于遮挡检测室外的光线；所述进料口(11)下开口端设有进料口过滤网(14)，用于阻止大体积土壤颗粒进入检测室；所述出料口(12)上开口端设有活塞(15)，关闭活塞(15)可使土壤样品容置在检测室内，打开活塞(15)可将土壤样品排出。
5.根据权利要求4所述一种土壤重金属检测报警装置，其特征在于所述检测室(3)左、右侧壁底部分别设有循环管路进料口(16)、循环管路出料口(17)，所述循环管路进料口(16)和循环管路出料口(17)由设于检测室外部的循环管路(18)连通，所述循环管路(18)上设有循环泵(19)，所述循环泵(19)与所述运算控制模块(4)相连，用于通过循环搅拌的方式使土壤样品均匀分散在检测室(3)底部；所述循环管路进料口(16)开口端设有循环管路过滤网(20)，用于阻止大体积土壤颗粒进入循环泵。
6.根据权利要求5所述一种土壤重金属检测报警装置，其特征在于所述光源(4)为双集成真空钨灯。
7.根据权利要求6所述一种土壤重金属检测报警装置，其特征在于所述光谱探测模块(5)为SW2000快速光谱分析仪，光谱范围为600-1100nm。
8.根据权利要求7所述一种土壤重金属检测报警装置，其特征在于所述运算控制模块(6)采用ARM9嵌入式模块。
9.根据权利要求8所述一种土壤重金属检测报警装置，其特征在于所述触摸显示屏(8)为电容式触摸显示屏。
10.根据权利要求1-9任一所述一种土壤重金属检测报警装置的使用方法，其特征在于步骤如下：
一、设置空白对照：由检测室进料口加入一定量的纯净水，使水面高度超过所述循环管路进料口和循环管路出料口，盖上进料口盖体，开启光源与光谱探测模块进行光谱测量，取得空白对照值，关闭光源与光谱探测模块；
二、土壤样品处理：采集待测土壤，去除固体杂质并将土壤粉碎，称取10g土壤样品经进料口过滤网过滤后进入检测室，并与检测室底部容置的空白对照用纯净水混合形成土壤样品悬浮液，开启循环泵对土壤样品悬浮液进行循环搅拌，搅拌3min后关闭循环泵，静止3min使土壤样品均匀分散于检测室底部；
三、检测报警：盖上进料口盖体，开启光源与光谱探测模块进行光谱测量，并分析得出土壤样品中的重金属含量值，将样品含量值与预设的重金属含量报警阈值进行比对，当土壤样品中重金属含量值超过高报警阈值时，报警指示灯发出闪烁红光报警，提示该土壤样品属于重金属严重污染；当土壤样品中重金属含量在高、低报警阈值之间时，报警指示灯发出闪烁黄光报警，提示该土壤样品属于重金属轻度污染；当土壤样品中重金属含量低于低报警阈值时，报警指示灯发出绿色灯光，提示该土壤样品重金属含量正常。
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