CN116223580B - 一种砷污染原位检测系统及方法 - Google Patents

一种砷污染原位检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及土壤检测技术领域，公开了一种砷污染原位检测系统及方法，包括铂电极、参考电位传感器和数据采集器，铂电极和参考电位传感器用于竖向插装在土壤内、并且铂电极与参考电位传感器沿水平方向间隔布置；参考电位传感器包括外管和电解质溶液，外管的底部设置有检测孔，参考电位传感器用于实时采集其插入位置与铂电极的插入位置之间的电位差；还包括水样采集管和重金属检测单元。铂电极与参考电位传感器之间存在电位差，可以原位观测土壤氧化还原电位；根据电位差变化以及同一时间、同一深度的水样中砷离子浓度，操作人员可以得到电位差与砷离子浓度之间的对应关系。

Description

一种砷污染原位检测系统及方法
技术领域
本发明涉及土壤检测技术领域，特别是涉及一种砷污染原位检测系统及方法。
背景技术
土壤中砷的流动性很高，很容易渗入地下水，对人体健康产生影响。但是地下水的砷污染很难进行治理，为了对治理效果进行检验，需要长期的原位监测进行验证。
现有的地下水砷污染检测方法有石墨炉原子吸收法、原子荧光法、银盐比色法、电化学法等。如申请公布号为CN108088885A的专利公开了一种土壤重金属电化学原位检测系统及检测方法，根据土壤样品溶液中重金属离子的溶出峰电位，获得对应的伏安参数，从而确定各种重金属的含量。又如申请公布号为CN110749583A的专利公开了一种使用原子荧光测定土壤及沉积物砷的检测方法，对土壤采样后采用王水浸提法制作形成测定试剂，再通过原子荧光的方式进行测定，获得土壤中的砷元素浓度。
但是现有的对地下水砷污染的检测方法都是应用在实验室内，对土壤样品进行检测，这样测定的周期长，并不适用于现场快速检测。在监测现场土壤的砷污染迁移规律时，需要对土壤连续检测，在不同时间尺度上对砷污染进行监测，而现有的检测方法需要连续多次采集土样，耗时耗力。
发明内容
本发明的目的是：提供一种砷污染原位检测系统，以解决现有技术中的砷污染检测方法不适用于现场快速检测，无法在时间尺度上连续检测的问题；本发明还提供了一种砷污染原位检测方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种砷污染原位检测系统，包括电化学检测部分和水样检测部分，所述电化学检测部分包括铂电极、参考电位传感器和数据采集器，所述铂电极和所述参考电位传感器分别与所述数据采集器信号连接，所述铂电极和所述参考电位传感器用于竖向插装在土壤内、并且所述铂电极与所述参考电位传感器沿水平方向间隔布置；所述参考电位传感器包括外管和填充在所述外管内的电解质溶液，所述外管的底部设置有连通所述电解质溶液与土壤的检测孔，所述参考电位传感器用于实时采集其插入位置与所述铂电极的插入位置之间的电位差；
所述水样检测部分包括水样采集管和重金属检测单元，所述水样采集管用于采集土壤中的水样，所述重金属检测单元用于检测所述水样采集管采集的水样的砷离子浓度。
优选地，所述铂电极有若干个，各所述铂电极插入土壤中的深度不同。
优选地，各所述铂电极与所述参考电位传感器之间的水平间距不同。
优选地，所述电解质溶液为硫化盐溶液。
优选地，所述检测孔于所述外管的周向间隔间隔布置有至少两个。
优选地，所述参考电位传感器设置有多个，各个所述参考电位传感器插入土壤中的深度不同。
优选地，所述水样采集管有多个，多个所述水样采集管的采样深度不同。
本发明还提供了一种砷污染原位检测方法，采用上述任一技术方案所述的砷污染原位检测系统，包括以下步骤：S1，将各个铂电极和各个参考电位传感器分别插装在土壤里，并且铂电极和参考电位传感器水平间隔布置，获得铂电极与参考电位传感器之间的实时电位差；S2，根据步骤S1中的实时电位差绘制深度电位曲线，获得铂电极的插入深度与电位差之间的关系；S3，每隔设定时间采用水样采集管采集土壤中的水样，并采用重金属检测单元获得水样中游离态的砷浓度；S4，根据水样的采集时间、采样深度以及水样中的砷浓度，确定水样砷浓度与电位差之间的关系。
优选地，步骤S1中，各个铂电极的插入深度的差值、各个参考电位传感器、各个水样采集管的插入深度的差值均小于2m。
本发明实施例一种砷污染原位检测系统及方法与现有技术相比，其有益效果在于：铂电极与参考电位传感器配合形成电化学检测结构，土壤中存在自由态的砷离子，由于参考电位传感器的外管内填充有电解质溶液，铂电极与参考电位传感器之间存在电场，砷离子会在电场的作用下产生定向移动，从而改变铂电极与参考电位传感器之间的电位差；同时操作人员通过水样采集获得水样，通过重金属检测单元可以得到水样中的砷离子浓度，根据电位差变化以及同一时间、同一深度的水样中砷离子浓度，操作人员可以得到电位差与砷离子浓度之间的对应关系；后续需要监测砷污染迁移时，操作人员可以利用铂电极和参考电位传感器检测获得电位差，然后根据前述对应关系即可得到水样中的砷离子浓度，得到砷污染迁移规律。
附图说明
图1是本发明的砷污染原位检测系统的结构示意图。
图中，1、铂电极，2、参考电位传感器，21、外管，22、电解质溶液，23、检测孔，3、水样采集管，4、线缆，5、紧固螺母，6、防水帽，7、数据采集器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的一种砷污染原位检测系统的优选实施例，如图1所示，该砷污染原位检测系统包括电化学检测部分和水样检测部分，通过电化学检测部分和水样检测部分配合检测砷污染迁移规律。
电化学部分包括铂电极1、参考电位传感器2和数据采集器7，数据采集器7的具体结构为现有技术，此处不作详细叙述。铂电极1和参考电位传感器2分别与数据采集器7信号连接，铂电极1和参考电位传感器2均用于竖向插装在土壤内，并且铂电极1和参考电位传感器2沿水平方向间隔布置，以在铂电极1和参考电位传感器2之间形成电场，铂电极1和参考电位传感器2的插装深度是可以相同，也可以不同。
铂电极1为铂金属棒。参考电位传感器2包括外管21和填充在外管21内的电解质溶液22，外管21的底部设置有检测孔23，检测孔23连通外管21的内腔中的电解质溶液22以及外管21外侧的土壤。外管21内的电解质溶液22通过线缆4与数据采集器7连接，既实现导电，同时还可以供数据采集器7采集检测到的电位差信号。
在本实施例中，外管21的材质为PVC管，PVC管自身不导电，不影响电场。外管21的顶部还装配有紧固螺母5和防水帽6，线缆4与紧固螺母5固定连接，防水帽6套装在紧固螺母5的外侧，防水帽6可以增加参考电位传感器2的防水性，防止水分由紧固螺母5位置进入外管21内，影响参考电位传感器2的检测精度。
电解质用于实时采集其插入位置与铂电极1的插入位置之间的电位差，由于铂电极1与参考电位传感器2之间存在电场，砷离子会在电场的作用下产生定向移动，从而改变铂电极1与参考电位传感器2之间的电位差，通过电位差的变化可以体现砷离子的移动规律。
水样检测部分包括水样采集管3和重金属检测单元，水样采集管3用于插入土壤内以采集土壤中的水样，重金属检测单元用于检测水样采集管3采集的水样中的砷离子浓度。在本实施例中，重金属检测单元可以为现有的石墨炉原子吸收检测结构、原子荧光检测结构、银盐比色法检测结构、电化学检测结构中的任意一种，其具体结构为现有技术，此处不作详细叙述。
由于参考电位传感器2的外管21内填充有电解质溶液22，铂电极1与参考电位传感器2之间存在电场，砷离子会在电场的作用下产生定向移动，从而改变铂电极1与参考电位传感器2之间的电位差。同时操作人员通过水样采集获得水样，通过重金属检测单元可以得到水样中的砷离子浓度，根据电位差变化以及同一时间、同一深度的水样中砷离子浓度，操作人员可以得到电位差与砷离子浓度之间的对应关系。后续需要监测砷污染迁移时，操作人员可以利用铂电极1和参考电位传感器2检测获得电位差，然后根据前述对应关系即可得到水样中的砷离子浓度，得到砷污染迁移规律。
优选地，铂电极1有若干个，各铂电极1插入土壤中的深度不同。
多个铂电极1分别插入不同深度的土壤内，与参考电位传感器2配合后可以检测不同土壤不同深度的电位差，获得电位差与深度之间的关系，从而判断不同土壤深度下的砷浓度变化。
优选地，各铂电极1与参考电位传感器2之间的水平间距不同。
在本实施例中，铂电极1沿水平方向间隔分布，使铂电极1与参考电位传感器2之间的水平间距不同。通过改变铂电极1的分布，采集不同位置的土壤与参考电位传感器2之间的电位差，获得不同位置的砷浓度变化，避免位置差异引起的砷浓度变化，提高检测结果的准确性。
优选地，电解质溶液22为硫化盐溶液。
在本实施例中，电解质溶液22可以为硫化钠、硫化钙溶液。
优选地，检测孔23于外管21的周向间隔间隔布置有至少两个。
多个检测孔23可以增加电解质溶液22与土壤的接触面积，从而提高检测灵敏度，保证检测监测结果的准确性。在本实施例中，检测孔23的数量可以为两个、三个或者四个。
优选地，参考电位传感器2设置有多个，各个参考电位传感器2插入土壤中的深度不同。
多个参考电位传感器2插入土壤不同深度，与多个铂电极1配合可以检测多个深度的土壤中的电位差，反应不同深度土壤中的砷污染。
优选地，水样采集管3有多个，多个水样采集管3的采样深度不同。
多个水样采集管3可以采集不同深度土壤中的水样，水样中存在游离态的砷离子，通过重金属检测单元可以获得不同深度的污染水中的砷离子浓度，避免因深度影响检测精度。
本发明还提供了一种砷污染原位检测方法，采用上述任一技术方案的砷污染原位检测系统，包括以下步骤：S1，将各个铂电极1和各个参考电位传感器2分别插装在土壤里，并且铂电极1和参考电位传感器2水平间隔布置，获得铂电极1与参考电位传感器2之间的实时电位差；S2，根据步骤S1中的实时电位差绘制深度电位曲线，获得铂电极1的插入深度与电位差之间的关系；S3，每隔设定时间采用水样采集管3采集土壤中的水样，并采用重金属检测单元获得水样中游离态的砷浓度；S4，根据水样的采集时间、采样深度以及水样中的砷浓度，确定水样砷浓度与电位差之间的关系。
步骤S1中，在获得铂电极1与参考电位传感器2之间的实时电位差时，采样时间和该时间的电位差同时确定，以与步骤S5中的设定时间采集的水样中的砷浓度根据时间进行对比。
步骤S2中，在绘制深度电位曲线时，对于同一深度但是与参考电位传感器2间距不同的多个铂电极1，采集的电位差取多个铂电极1的平均值。
步骤S4中，得到的水样砷浓度与电位差之间的关系用于在确定砷迁移规律时使用，操作人员可以利用铂电极1和参考电位传感器2检测获得电位差，然后根据前述对应关系即可得到水样中的砷离子浓度，得到砷污染迁移规律。
优选地，步骤S1中，各个铂电极1的插入深度的差值、各个参考电位传感器2、各个水样采集管3的插入深度的差值均小于2m。
地下水的潮深变化在2m范围内，铂电极1、参考电位传感器2的插入深度差值在该范围内，即可以满足检测需求。
综上，本发明实施例提供一种砷污染原位检测系统及方法，其铂电极与参考电位传感器配合形成电化学检测结构，土壤中存在自由态的砷离子，由于参考电位传感器的外管内填充有电解质溶液，铂电极与参考电位传感器之间存在电场，砷离子会在电场的作用下产生定向移动，从而改变铂电极与参考电位传感器之间的电位差；同时操作人员通过水样采集获得水样，通过重金属检测单元可以得到水样中的砷离子浓度，根据电位差变化以及同一时间、同一深度的水样中砷离子浓度，操作人员可以得到电位差与砷离子浓度之间的对应关系；后续需要监测砷污染迁移时，操作人员可以利用铂电极和参考电位传感器检测获得电位差，然后根据前述对应关系即可得到水样中的砷离子浓度，得到砷污染迁移规律。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种砷污染原位检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，将砷污染原位检测系统的各个铂电极和各个参考电位传感器分别插装在土壤里，并且铂电极和参考电位传感器水平间隔布置，获得铂电极与参考电位传感器之间的实时电位差；S2，根据步骤S1中的实时电位差绘制深度电位曲线，获得铂电极的插入深度与电位差之间的关系；S3，每隔设定时间采用水样采集管采集土壤中的水样，并采用重金属检测单元获得水样中游离态的砷浓度；S4，根据水样的采集时间、采样深度以及水样中的砷浓度，确定水样砷浓度与电位差之间的关系；
所述砷污染原位检测系统包括电化学检测部分和水样检测部分，所述电化学检测部分包括铂电极、参考电位传感器和数据采集器，所述铂电极和所述参考电位传感器分别与所述数据采集器信号连接，所述铂电极和所述参考电位传感器用于竖向插装在土壤内、并且所述铂电极与所述参考电位传感器沿水平方向间隔布置；所述参考电位传感器包括外管和填充在所述外管内的电解质溶液，所述外管的底部设置有连通所述电解质溶液与土壤的检测孔，所述参考电位传感器用于实时采集其插入位置与所述铂电极的插入位置之间的电位差；
所述水样检测部分包括水样采集管和重金属检测单元，所述水样采集管用于采集土壤中的水样，所述重金属检测单元用于检测所述水样采集管采集的水样的砷离子浓度；
所述铂电极有若干个，各所述铂电极插入土壤中的深度不同；
所述参考电位传感器设置有多个，各个所述参考电位传感器插入土壤中的深度不同。
2.根据权利要求1所述的砷污染原位检测方法，其特征在于，步骤S1中，各个铂电极的插入深度的差值、各个参考电位传感器、各个水样采集管的插入深度的差值均小于2m。
3.根据权利要求1所述的砷污染原位检测方法，其特征在于，各所述铂电极与所述参考电位传感器之间的水平间距不同。
4.根据权利要求1所述的砷污染原位检测方法，其特征在于，所述电解质溶液为硫化盐溶液。
5.根据权利要求1所述的砷污染原位检测方法，其特征在于，所述检测孔于所述外管的周向间隔布置有至少两个。
6.根据权利要求1所述的砷污染原位检测方法，其特征在于，所述水样采集管有多个，多个所述水样采集管的采样深度不同。
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