CN108181270A - 一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置和方法 - Google Patents

一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于污染检测领域，尤其是一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置和方法。发明了一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置，包括定位杆组、取样系统和击穿光谱分析系统，检测时取样系统取样制样，分析系统分析，定位装置进行定位，优点是钻头的位置可以检测，便于对整个场地的重金属污染情况进行二维的分析绘制，边钻取，边采样，采用后的土壤可以选择进行检测或者直接抛弃，分析之前先对样品进行挤压成饼状，便于直接进行LIBS检测，不会飞溅，检测精度好，速度快，且整个装置安装在移动检测车上，可以移动检测。检测的结果绘制了二维的重金属污染分布图，便于对重金属污染原因的分析。

Description

一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置和方法
技术领域
本发明属于污染检测领域，具体涉及一种土壤中重金属元素的检测装置和方法，尤其是一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置和方法。
背景技术
土壤重金属污染（heavy metal pollution of the soil）是指由于人类活动，土壤中的微量金属元素在土壤中的含量超过背景值，过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。
污染土壤的重金属主要包括汞（Hg）、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)等元素。主要来自农药、废水、污泥和大气沉降等，如汞主要来自含汞废水，镉、铅污染主要来自冶炼排放和汽车废气沉降，砷则被大量用作杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂和除草剂。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，镉、汞等元素在作物籽实中富集系数较高，即使超过食品卫生标准，也不影响作物生长、发育和产量，此外汞、砷能减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大，应特别注意防止重金属对土壤污染。一些矿山在开采中尚未建立石排场和尾矿库，废石和尾矿随意堆放，致使尾矿中富含难解的重金属进入土壤，加之矿石加工后余下的金属废渣随雨水进入地下水系统，造成严重的土壤重金属污染。
目前针对土壤重金属污染的检测一般是将样品取样后带回实验室进行检测，这种检测方法优点是检测精度高。但是其检测效率低，不能实现实时检测。另一种检测方式是采用土壤重金属检测试验箱，在现场采用化学手段对土壤样品进行检测，这种检测速度快，但是其检测精度不高，往往只能定性检测土壤污染情况。
申请号2017107541558的专利申请中，首先进行采样，然后对样品进行污染指标和肥力指标的测定，将测定结果进行主成分分析，再进行不同污染等级下的肥力等级评价。进行了重金属污染同土壤肥力的分析，但是其检测还是依据现有的化学方式，检测效率较低。
申请号201710502650X的专利申请公开了一种基于地球物理探测技术的土壤污染精确定位及准确评估方法。它包括场地现场踏勘、从“面”上开展场地全覆盖的快速探测、从“线”上进一步定位污染团与可及深度、从“点”上开展钻孔取样与分析验证、从“面”上准确评估场地污染程度。该方法针对具体目标场地或区域，有步骤、有针对性地使用电磁感应仪-高密度电阻率仪—探地雷达的地球物理探测技术组合，精确定位区域土壤疑似污染区或点，合理布置采样点位，结合现场快速污染筛查和钻孔取样测试分析，构建从面到线再到点，最终回到面的土壤污染调查流程。该方法实现了土壤污染的快速精确定位、采样点位的合理布置、区域全覆盖的土壤污染调查，提高了污染面积的估计精度。但是其检测没有形成二维重金属污染的分布，且其采用电磁检测方式，不能精确的检测重金属的类型和含量，此外其检测应用的土壤成分对检测结果影响很大。
申请号2017212014697的专利申请公开了一种土壤重金属检测报警装置。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。其检测位置仅限于一种检测位置，针对大面积检测需要大量设备，且其检测时受外界环境影响很大。
申请号2017108404384的专利申请，公开了一种土壤取样装置，其采用可控钻头等装置进行土壤的取样，但是其取样过程较为复杂，且取样后不能进一步对样品进行处理使其可以进行直接检测。
发明内容
本发明克服以上缺陷，发明了一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置，包括定位杆组、取样系统和击穿光谱分析系统；
所述定位杆组包括第一定位杆、第二定位杆和第三定位杆；所述第一定位杆、第二定位杆和第三定位杆内设置有超声信号发射装置，所述第一定位杆、第二定位杆和第三定位杆发射的超声信号频率均不同；
所述取样系统包括：取样钻头、钻头连接管、可控三通阀、出口管、进样管、样品处理室；钻头连接管一端连接取样钻头，所述可控三通阀具有一个进口和两个出口，钻头连接管另一端连接可控三通阀的进口，可控三通阀的两个出口分别连接出口管和进样管；所述进样管的另一端连接样品处理室；
所述取样钻头的钻头锥面上设置有一个进样孔，所述进样孔外部设置有凸出耳，所述凸出耳在钻头旋转时刮取钻头周围的土壤样品，使土壤样品通过进样孔进入取样钻头内部；所述取样钻头内部为空心结构，设置有钻头空腔，所述钻头空腔联通进样孔和钻头连接管，使土壤样品可以进入钻头连接管；所述可控三通阀的阀体内部设置有分隔板，分隔板可以堵住一个可控三通阀的出口，用于控制所述可控三通阀内的样品流向出口管还是进样管；所述出口管的另一端对外界开放，用于使样品排出至外界环境；所述出口管末端设置有抽样泵，所述钻头设置有超声信号接收装置；
所述样品处理室包括进样口、处理腔、振荡器、排出口、样品台、液压升降杆、推出管道、盖体；所述进样口与进样管连接，样品通过进样口进入处理腔；所述振荡器设置在处理腔的底部，数量为2个；所述排出口设置在处理腔的底部，用于排出多余的样品；所述样品台设置在处理腔的底部，样品台下侧连接液压升降杆，所述液压升降杆可以使样品台升降；所述推出管道设置于处理腔的上表面，且位于样品台的正上方，所述推出管道位于液压升降杆带动样品台升降的路径上；所述盖体设置于推出管道的顶部，盖体的一端连接在推出管道的侧壁上，使得盖体可以打开和关闭；所述排出口的末端设置有抽出泵；
所述击穿光谱分析系统包括：激光器、反射镜、聚焦镜、采集光纤、光栅光谱仪、计算机；所述激光器输出脉冲激光，所述脉冲激光通过反射镜传输至聚焦镜，所述聚焦镜的聚焦位置位于样品台升高至最高处的上表面；所述采集光纤对准聚焦镜的聚焦位置，采集光纤与光栅光谱仪连接，所述光栅光谱仪和激光器与计算机点连接；所述计算机连接超声信号接收装置。
所述计算机内存储有击穿光谱的分析模型，可以将光栅光谱仪的数据转化为重金属元素的含量；计算机根据超声信号接收装置接收的第一定位杆、第二定位杆和第三定位杆发射的超声信号判断钻头所处的位置；
所述取样系统和击穿光谱分析系统安装在移动检测车上，可以移动检测。
所述取样钻头内部的空心结构的形状为椭球型，没有死角。
本发明基于上述装置，提供一种土壤重金属元素污染分布情况的检测方法，其特征在于利用前述装置进行检测，具备包括以下步骤：
1）布置定位杆；将所述第一定位杆、第二定位杆和第三定位杆布置在需要测定场地，所述第一定位杆、第二定位杆和第三定位杆的位置位于需要测定的场地边缘位置；将所述第一定位杆、第二定位杆和第三定位杆组成直角三角形，其中第一定位杆和第三定位杆位于直角三角形的锐角顶点，所述第二定位杆位于直角顶点；
2）确定检测位置；在需要测定的场地内指定多个检测点，所述多个检测点的数量至少为10个，且多个检测点的位置均匀分布在需要测定的场地内；
3）移动检测车进行取样；移动检测车，使检测车位于多个检测点的其中一个附近，将取样钻头放置于指定的检测点上；控制取样钻头垂直向地下钻入土壤，控制可控三通阀内的样品流向出口管；等待取样钻头钻入土壤下1m后，控制取样钻头停止向下，控制样品处理室内的样品台降低至上表面与处理腔的下表面高度一致，控制可控三通阀内的样品流向进样管；等待可控三通阀向进样管进样1min后，停止取样钻头的转动；控制样品处理室内的振荡器工作，使处理腔内的样品充分振荡；
4）样品的加工和检测；关闭盖体，控制样品台带动样品台上的土壤样品升高，当样品台升高至盖体下表面时，利用样品台与盖体之间的压力，将土壤样品压制成饼状；之后打开盖体，计算机控制激光器发射脉冲激光辐射至压制好的样品表面，计算机控制收集光纤将收集到的信号传递至光栅光谱仪，光栅光谱仪将分光后的信号传递至计算机；计算机根据分光信号判断压制好的土壤样品中的待测重金属含量；
5）定位；计算机控制第一定位杆、第二定位杆和第三定位杆发射超声信号，控制超声信号接收器接收信号，计算机根据超声信号接收器接收的超声信号判断超声信号接收器与第一定位杆、第二定位杆和第三定位杆之间的距离；
6）绘制分布图；重复执行步骤3-5，得到不同检测点的定位数据和待测重金属含量数据，计算机根据定位数据和检测的待测重金属含量绘制重金属含量分布图。
所述步骤6）中得到不同检测点的定位数据和待测重金属含量数据，计算机根据定位数据和检测的待测重金属含量绘制重金属含量分布图的具体步骤为：
在计算机内绘制二维图，设置第一定位杆的坐标为(0,0)，第二定位杆的坐标为(0,A)，第三定位杆的坐标为(B,0)；则超声信号接收器以及取样钻头的位置坐标为(S1/A,B-S2/B)；
其中，
S1=，p=(a+b+A)/2，
S2=，q=(c+b+B)/2；
第一定位杆与第二定位杆之间的距离为A，第二定位杆和第三定位杆之间的距离为B；超声信号接收器与第一定位杆、第二定位杆和第三定位杆之间的距离分别为a、b、c；
将不同检测位置的重金属含量数据以其坐标填入二维图，实现土壤重金属元素污染分布情况的绘制。
本发明的有益效果为：
1）设置定位结构，使得钻头的位置可以检测，便于对整个场地的重金属污染情况进行二维的分析绘制；
2）取样装置采用钻头上设置耳部的结构，边钻取，边采样，采用后的土壤可以选择进行检测或者直接抛弃，便于排除不稳定土壤的影响；
3）分析之前先对样品进行挤压成饼状，便于直接进行LIBS检测，不会飞溅；
4）分析采用LIBS检测方式，检测精度好，速度快。且整个装置安装在移动检测车上，可以移动检测。
5）检测的结果绘制了二维的重金属污染分布图，便于对重金属污染原因的分析。
附图说明
图1 本发明装置的整体结构示意图；
图2 本发明取样系统的结构示意图；
图3 本发明的击穿光谱分析系统的结构示意图；
图4 本发明检测方法的定位杆布置示意图；
图5 本发明进行检测时样品台位置示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1-5，本实施例主要针对一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置进行说明，包括定位杆组1、取样系统2和击穿光谱分析系统3；
所述定位杆组1包括第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103；所述第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103内设置有超声信号发射装置，所述第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103发射的超声信号频率均不同；
所述取样系统2包括：取样钻头201、钻头连接管202、可控三通阀203、出口管204、进样管205、样品处理室206；钻头连接管202一端连接取样钻头201，所述可控三通阀203具有一个进口和两个出口，钻头连接管202另一端连接可控三通阀203的进口，可控三通阀203的两个出口分别连接出口管204和进样管205；所述进样管205的另一端连接样品处理室206；
所述取样钻头201的钻头锥面上设置有一个进样孔2011，所述进样孔2011外部设置有凸出耳，所述凸出耳在钻头旋转时刮取钻头周围的土壤样品，使土壤样品通过进样孔2011进入取样钻头201内部；所述取样钻头201内部为空心结构，设置有钻头空腔，所述钻头空腔联通进样孔2011和钻头连接管202，使土壤样品可以进入钻头连接管202；所述可控三通阀203的阀体内部设置有分隔板2031，分隔板2031可以堵住一个可控三通阀203的出口，用于控制所述可控三通阀203内的样品流向出口管204还是进样管205；所述出口管204的另一端对外界开放，用于使样品排出至外界环境；所述出口管204末端设置有抽样泵2041，所述钻头设置有超声信号接收装置2013；
所述样品处理室206包括进样口2061、处理腔2062、振荡器2063、排出口2064、样品台2065、液压升降杆2066、推出管道2067、盖体2068；所述进样口2061与进样管205连接，样品通过进样口2061进入处理腔2062；所述振荡器2063设置在处理腔2062的底部，数量为2个；所述排出口2064设置在处理腔2062的底部，用于排出多余的样品；所述样品台2065设置在处理腔2062的底部，样品台2065下侧连接液压升降杆2066，所述液压升降杆2066可以使样品台2065升降；所述推出管道2067设置于处理腔2062的上表面，且位于样品台2065的正上方，所述推出管道2067位于液压升降杆2066带动样品台2065升降的路径上；所述盖体2068设置于推出管道2067的顶部，盖体2068的一端连接在推出管道2067的侧壁上，使得盖体2068可以打开和关闭；所述排出口2064的末端设置有抽出泵2069；
所述击穿光谱分析系统3包括：激光器301、反射镜302、聚焦镜303、采集光纤304、光栅光谱仪305、计算机306；所述激光器301输出脉冲激光，所述脉冲激光通过反射镜302传输至聚焦镜303，所述聚焦镜303的聚焦位置位于样品台2065升高至最高处的上表面；所述采集光纤304对准聚焦镜303的聚焦位置，采集光纤304与光栅光谱仪305连接，所述光栅光谱仪305和激光器301与计算机306点连接；所述计算机306连接超声信号接收装置。
所述计算机306内存储有击穿光谱的分析模型，可以将光栅光谱仪305的数据转化为重金属元素的含量；计算机306根据超声信号接收装置接收的第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103发射的超声信号判断钻头所处的位置；
所述取样系统2和击穿光谱分析系统3安装在移动检测车上，可以移动检测。
所述取样钻头201内部的空心结构的形状为椭球型，没有死角。
实施例2
本实施例基于实施例1的装置进行检测的方法，一种土壤重金属元素污染分布情况的检测方法，具备包括以下步骤：
1）布置定位杆；将所述第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103布置在需要测定场地，所述第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103的位置位于需要测定的场地边缘位置；将所述第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103组1成直角三角形，其中第一定位杆101和第三定位杆103位于直角三角形的锐角顶点，所述第二定位杆102位于直角顶点；
2）确定检测位置；在需要测定的场地内指定多个检测点，所述多个检测点的数量至少为10个，且多个检测点的位置均匀分布在需要测定的场地内；
3）移动检测车进行取样；移动检测车，使检测车位于多个检测点的其中一个附近，将取样钻头201放置于指定的检测点上；控制取样钻头201垂直向地下钻入土壤，控制可控三通阀203内的样品流向出口管204；等待取样钻头201钻入土壤下1m后，控制取样钻头201停止向下，控制样品处理室206内的样品台2065降低至上表面与处理腔2062的下表面高度一致，控制可控三通阀203内的样品流向进样管205；等待可控三通阀203向进样管205进样1min后，停止取样钻头201的转动；控制样品处理室206内的振荡器2063工作，使处理腔2062内的样品充分振荡；
4）样品的加工和检测；关闭盖体2068，控制样品台2065带动样品台2065上的土壤样品升高，当样品台2065升高至盖体2068下表面时，利用样品台2065与盖体2068之间的压力，将土壤样品压制成饼状；之后打开盖体2068，计算机306控制激光器301发射脉冲激光辐射至压制好的样品4表面，计算机306控制收集光纤将收集到的信号传递至光栅光谱仪305，光栅光谱仪305将分光后的信号传递至计算机306；计算机306根据分光信号判断压制好的土壤样品4中的待测重金属含量；
5）定位；计算机306控制第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103发射超声信号，控制超声信号接收器接收信号，计算机306根据超声信号接收器接收的超声信号判断超声信号接收器与第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103之间的距离；
6）绘制分布图；重复执行步骤3-5，得到不同检测点的定位数据和待测重金属含量数据，计算机306根据定位数据和检测的待测重金属含量绘制重金属含量分布图。
所述步骤6）中得到不同检测点的定位数据和待测重金属含量数据，计算机306根据定位数据和检测的待测重金属含量绘制重金属含量分布图的具体步骤为：
在计算机306内绘制二维图，设置第一定位杆101的坐标为(0,0)，第二定位杆102的坐标为(0,A)，第三定位杆103的坐标为(B,0)；则超声信号接收器以及取样钻头201的位置坐标为(S1/A,B-S2/B)；
其中，
S1=，p=(a+b+A)/2，
S2=，q=(c+b+B)/2；
第一定位杆101与第二定位杆102之间的距离为A，第二定位杆102和第三定位杆103之间的距离为B；超声信号接收器与第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103之间的距离分别为a、b、c；
将不同检测位置的重金属含量数据以其坐标填入二维图，实现土壤重金属元素污染分布情况的绘制。
实施例3
本实施例主要针对具体的检测过程进行说明：
本发明的检测重金属元素包括：汞（Hg）、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、砷(As)、锌(Zn)、铜(Cu)、镍(Ni)。当检测镉(Cd)时，具体检测步骤如下，其他检测元素与镉(Cd)的检测方式基本相同。
1）布置定位杆；将所述第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103布置在需要测定场地，所述第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103的位置位于需要测定的场地边缘位置；将所述第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103组1成直角三角形，其中第一定位杆101和第三定位杆103位于直角三角形的锐角顶点，所述第二定位杆102位于直角顶点； 其中第一定位杆距离第二定位杆为1000m，第二定位杆距离第三定位杆为1000m；
2）确定检测位置；在需要测定的场地内指定多个检测点，所述多个检测点的数量至少25个，25个检测点形成5乘5阵列，相邻检测点间隔相同；
3）移动检测车进行取样；移动检测车，使检测车位于多个检测点的其中一个附近，将取样钻头201放置于指定的检测点上；控制取样钻头201垂直向地下钻入土壤，控制可控三通阀203内的样品流向出口管204；等待取样钻头201钻入土壤下1m后，控制取样钻头201停止向下，控制样品处理室206内的样品台2065降低至上表面与处理腔2062的下表面高度一致，控制可控三通阀203内的样品流向进样管205；等待可控三通阀203向进样管205进样1min后，停止取样钻头201的转动；控制样品处理室206内的振荡器2063工作，使处理腔2062内的样品充分振荡；
4）样品的加工和检测；关闭盖体2068，控制样品台2065带动样品台2065上的土壤样品升高，当样品台2065升高至盖体2068下表面时，利用样品台2065与盖体2068之间的压力，将土壤样品压制成饼状；之后打开盖体2068，计算机306控制激光器301发射脉冲激光辐射至压制好的样品4表面，计算机306控制收集光纤将收集到的信号传递至光栅光谱仪305，光栅光谱仪305将分光后的信号传递至计算机306；计算机306根据分光信号判断压制好的土壤样品4中的镉(Cd)含量；
5）定位；计算机306控制第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103发射超声信号，控制超声信号接收器接收信号，计算机306根据超声信号接收器接收的超声信号判断超声信号接收器与第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103之间的距离；
6）绘制分布图；重复执行步骤3-5，得到不同检测点的定位数据和镉(Cd)含量数据，计算机306根据定位数据和检测的镉(Cd)含量绘制镉(Cd)含量分布图。
所述步骤6）中得到不同检测点的定位数据和镉(Cd)含量数据，计算机306根据定位数据和检测的镉(Cd)含量绘制镉(Cd)含量分布图的具体步骤为：
在计算机306内绘制二维图，设置第一定位杆101的坐标为(0,0)，第二定位杆102的坐标为(0,A)，第三定位杆103的坐标为(B,0)；则超声信号接收器以及取样钻头201的位置坐标为(S1/A,B-S2/B)=（250,500）；
其中，
S1=，p=(a+b+A)/2，
S2=，q=(c+b+B)/2；
第一定位杆101与第二定位杆102之间的距离为A=1000，第二定位杆102和第三定位杆103之间的距离为B=1000；超声信号接收器与第一定位杆101、第二定位杆102和第三定位杆103之间的距离分别为a=559、b=559、c=901.4；
将不同检测位置的重金属含量数据以其坐标填入二维图，实现土壤重金属元素污染分布情况的绘制。
以上实施例仅是对本发明的具体实施方式的叙述，不能影响本发明的保护范围，本发明中的检测点可以均匀分布，也可以采用随机定点检测的方式，此处不再赘述。

Claims (5)

1.一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置，包括定位杆组（1）、取样系统（2）和击穿光谱分析系统（3）；
所述定位杆组（1）包括第一定位杆（101）、第二定位杆（102）和第三定位杆（103）；所述第一定位杆（101）、第二定位杆（102）和第三定位杆（103）内设置有超声信号发射装置，所述第一定位杆（101）、第二定位杆（102）和第三定位杆（103）发射的超声信号频率均不同；
所述取样系统（2）包括：取样钻头（201）、钻头连接管（202）、可控三通阀（203）、出口管（204）、进样管（205）、样品处理室（206）；钻头连接管（202）一端连接取样钻头（201），所述可控三通阀（203）具有一个进口和两个出口，钻头连接管（202）另一端连接可控三通阀（203）的进口，可控三通阀（203）的两个出口分别连接出口管（204）和进样管（205）；所述进样管（205）的另一端连接样品处理室（206）；
所述取样钻头（201）的钻头锥面上设置有一个进样孔（2011），所述进样孔（2011）外部设置有凸出耳，所述凸出耳在钻头旋转时刮取钻头周围的土壤样品，使土壤样品通过进样孔（2011）进入取样钻头（201）内部；所述取样钻头（201）内部为空心结构，设置有钻头空腔，所述钻头空腔联通进样孔（2011）和钻头连接管（202），使土壤样品可以进入钻头连接管（202）；所述可控三通阀（203）的阀体内部设置有分隔板（2031），分隔板（2031）可以堵住一个可控三通阀（203）的出口，用于控制所述可控三通阀（203）内的样品流向出口管（204）还是进样管（205）；所述出口管（204）的另一端对外界开放，用于使样品排出至外界环境；所述出口管（204）末端设置有抽样泵（2041），所述钻头设置有超声信号接收装置（2013）；
所述样品处理室（206）包括进样口（2061）、处理腔（2062）、振荡器（2063）、排出口（2064）、样品台（2065）、液压升降杆（2066）、推出管道（2067）、盖体（2068）；所述进样口（2061）与进样管（205）连接，样品通过进样口（2061）进入处理腔（2062）；所述振荡器（2063）设置在处理腔（2062）的底部，数量为2个；所述排出口（2064）设置在处理腔（2062）的底部，用于排出多余的样品；所述样品台（2065）设置在处理腔（2062）的底部，样品台（2065）下侧连接液压升降杆（2066），所述液压升降杆（2066）可以使样品台（2065）升降；所述推出管道（2067）设置于处理腔（2062）的上表面，且位于样品台（2065）的正上方，所述推出管道（2067）位于液压升降杆（2066）带动样品台（2065）升降的路径上；所述盖体（2068）设置于推出管道（2067）的顶部，盖体（2068）的一端连接在推出管道（2067）的侧壁上，使得盖体（2068）可以打开和关闭；所述排出口（2064）的末端设置有抽出泵（2069）；
所述击穿光谱分析系统（3）包括：激光器（301）、反射镜（302）、聚焦镜（303）、采集光纤（304）、光栅光谱仪（305）、计算机（306）；所述激光器（301）输出脉冲激光，所述脉冲激光通过反射镜（302）传输至聚焦镜（303），所述聚焦镜（303）的聚焦位置位于样品台（2065）升高至最高处的上表面；所述采集光纤（304）对准聚焦镜（303）的聚焦位置，采集光纤（304）与光栅光谱仪（305）连接，所述光栅光谱仪（305）和激光器（301）与计算机（306）点连接；所述计算机（306）连接超声信号接收装置。
2.根据权利要求1所述的一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置，所述计算机（306）内存储有击穿光谱的分析模型，可以将光栅光谱仪（305）的数据转化为重金属元素的含量；计算机（306）根据超声信号接收装置接收的第一定位杆（101）、第二定位杆（102）和第三定位杆（103）发射的超声信号判断钻头所处的位置；
所述取样系统（2）和击穿光谱分析系统（3）安装在移动检测车上，可以移动检测。
3.根据权利要求2所述的一种土壤重金属元素污染分布情况的检测装置，所述取样钻头（201）内部的空心结构的形状为椭球型，没有死角。
4.一种土壤重金属元素污染分布情况的检测方法，其特征在于利用权利要求3的装置进行检测，具备包括以下步骤：
1）布置定位杆；将所述第一定位杆（101）、第二定位杆（102）和第三定位杆（103）布置在需要测定场地，所述第一定位杆（101）、第二定位杆（102）和第三定位杆（103）的位置位于需要测定的场地边缘位置；将所述第一定位杆（101）、第二定位杆（102）和第三定位杆（103）组成直角三角形，其中第一定位杆（101）和第三定位杆（103）位于直角三角形的锐角顶点，所述第二定位杆（102）位于直角顶点；
2）确定检测位置；在需要测定的场地内指定多个检测点，所述多个检测点的数量至少为10个，且多个检测点的位置均匀分布在需要测定的场地内；
3）移动检测车进行取样；移动检测车，使检测车位于多个检测点的其中一个附近，将取样钻头（201）放置于指定的检测点上；控制取样钻头（201）垂直向地下钻入土壤，控制可控三通阀（203）内的样品流向出口管（204）；等待取样钻头（201）钻入土壤下1m后，控制取样钻头（201）停止向下，控制样品处理室（206）内的样品台（2065）降低至上表面与处理腔（2062）的下表面高度一致，控制可控三通阀（203）内的样品流向进样管（205）；等待可控三通阀（203）向进样管（205）进样1min后，停止取样钻头（201）的转动；控制样品处理室（206）内的振荡器（2063）工作，使处理腔（2062）内的样品充分振荡；
4）样品的加工和检测；关闭盖体（2068），控制样品台（2065）带动样品台（2065）上的土壤样品升高，当样品台（2065）升高至盖体（2068）下表面时，利用样品台（2065）与盖体（2068）之间的压力，将土壤样品压制成饼状；之后打开盖体（2068），计算机（306）控制激光器（301）发射脉冲激光辐射至压制好的样品（4）表面，计算机（306）控制收集光纤将收集到的信号传递至光栅光谱仪（305），光栅光谱仪（305）将分光后的信号传递至计算机（306）；计算机（306）根据分光信号判断压制好的土壤样品（4）中的待测重金属含量；
5）定位；计算机（306）控制第一定位杆（101）、第二定位杆（102）和第三定位杆（103）发射超声信号，控制超声信号接收器接收信号，计算机（306）根据超声信号接收器接收的超声信号判断超声信号接收器与第一定位杆（101）、第二定位杆（102）和第三定位杆（103）之间的距离；
6）绘制分布图；重复执行步骤3-5，得到不同检测点的定位数据和待测重金属含量数据，计算机（306）根据定位数据和检测的待测重金属含量绘制重金属含量分布图。
5.根据权利要求4所述的土壤重金属元素污染分布情况的检测方法，所述步骤6）中得到不同检测点的定位数据和待测重金属含量数据，计算机（306）根据定位数据和检测的待测重金属含量绘制重金属含量分布图的具体步骤为：
在计算机（306）内绘制二维图，设置第一定位杆（101）的坐标为(0,0)，第二定位杆（102）的坐标为(0,A)，第三定位杆（103）的坐标为(B,0)；则超声信号接收器以及取样钻头（201）的位置坐标为(S1/A,B-S2/B)；
其中，
S1=，p=(a+b+A)/2，
S2=，q=(c+b+B)/2；
第一定位杆（101）与第二定位杆（102）之间的距离为A，第二定位杆（102）和第三定位杆（103）之间的距离为B；超声信号接收器与第一定位杆（101）、第二定位杆（102）和第三定位杆（103）之间的距离分别为a、b、c；
将不同检测位置的重金属含量数据以其坐标填入二维图，实现土壤重金属元素污染分布情况的绘制。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110793809A (zh) * 2019-12-09 2020-02-14 核工业二七0研究所 一种场地污染检测系统及检测方法
CN110837978A (zh) * 2019-11-15 2020-02-25 安徽国祯环境修复股份有限公司 一种矿山企业周边河道底泥重金属污染溯源调查方法
CN112229825A (zh) * 2020-12-15 2021-01-15 华谱智能科技(天津)有限公司 一种便携式激光测土仪
CN112748232A (zh) * 2020-12-22 2021-05-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种土壤剖面原位重金属分布的实时检测系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1720002A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-08 Oxford Instruments Analytical Oy Method and arrangement for non-destructive composition analysis of delicate samples
CN204287043U (zh) * 2015-01-02 2015-04-22 华东交通大学 基于激光诱导光谱技术的土壤重金属镉和铜含量检测装置
CN106568762A (zh) * 2016-11-07 2017-04-19 中国科学院光电研究院 扫描式激光诱导光谱面范围分析检测系统
CN107271395A (zh) * 2017-07-28 2017-10-20 成都恒力达科技有限公司 一种高精度土壤重金属检测装置
CN107884550A (zh) * 2017-12-14 2018-04-06 百奥森（江苏）食品安全科技有限公司 一种土壤重金属检测装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1720002A1 (en) * 2005-05-04 2006-11-08 Oxford Instruments Analytical Oy Method and arrangement for non-destructive composition analysis of delicate samples
CN204287043U (zh) * 2015-01-02 2015-04-22 华东交通大学 基于激光诱导光谱技术的土壤重金属镉和铜含量检测装置
CN106568762A (zh) * 2016-11-07 2017-04-19 中国科学院光电研究院 扫描式激光诱导光谱面范围分析检测系统
CN107271395A (zh) * 2017-07-28 2017-10-20 成都恒力达科技有限公司 一种高精度土壤重金属检测装置
CN107884550A (zh) * 2017-12-14 2018-04-06 百奥森（江苏）食品安全科技有限公司 一种土壤重金属检测装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110837978A (zh) * 2019-11-15 2020-02-25 安徽国祯环境修复股份有限公司 一种矿山企业周边河道底泥重金属污染溯源调查方法
CN110793809A (zh) * 2019-12-09 2020-02-14 核工业二七0研究所 一种场地污染检测系统及检测方法
CN110793809B (zh) * 2019-12-09 2022-02-15 核工业二七0研究所 一种场地污染检测系统及检测方法
CN112229825A (zh) * 2020-12-15 2021-01-15 华谱智能科技(天津)有限公司 一种便携式激光测土仪
CN112748232A (zh) * 2020-12-22 2021-05-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种土壤剖面原位重金属分布的实时检测系统
CN112748232B (zh) * 2020-12-22 2023-03-10 中国科学院合肥物质科学研究院 一种土壤剖面原位重金属分布的实时检测系统

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