一種快速檢測土壤中重金屬含量及空間分布的方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種快速檢測土壤中重金屬含量及空間分布的方法及裝置。本發明通過現場測定磁化率，同時采用北斗導航系統定位得出測定點地理坐標及海拔高度，實現無損害、快速、便捷的測定土壤中重金屬濃度，其精確度達到1ppm，另外還可結合土地利用圖與區域地形圖繪制出重金屬濃度空間分布圖。本發明克服了傳統重金屬濃度測量方法復雜、費時的缺點，實現了由非專業人士快速、實時準確的測定土壤重金屬濃度，且對土壤樣品無損害；解決了針對不同重金屬需要不同檢測方法的難點，實現了一機多參數的測量。另外，本發明的測定方法可用于追蹤土壤污染的來源，對控制土壤重金屬污染具有重要意義。
【專利說明】—種快速檢測土壤中重金屬含量及空間分布的方法與裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種檢測土壤中重金屬含量的方法及裝置，特別涉及一種快速檢測土壤中重金屬含量及空間分布的方法及裝置。
【背景技術】
[0002]土壤是自然地理要素之一，是植物生長和人類居住的場所，土壤中重金屬的污染不僅影響土壤的性質，而且關系到植物、動物甚至人類的健康，而且土壤一旦被重金屬污染，就很難徹底消除。在工礦業和農業活動及城市化進程的影響下，土壤重金屬不斷累積，污染程度加重，危害日趨嚴重。當前我國以進入環境污染事故的高發期，重金屬污染事故時有發生，對人類安全造成了很大危害，所以急需一種可以快速測定土壤重金屬污染的方法。
[0003]現有的傳統測定土壤重金屬含量的方法通常是先到污染地點采集土壤樣品，后將土壤樣品帶回實驗室進行相應的前處理與化學分析，此類方法采樣分析成本高，浪費大量人力物力，對樣品的前處理繁瑣且時間長，對樣品有破壞性，且針對不同重金屬需要采用不同的分析處理方法，實驗準確性受人為操作因素影響，實驗對檢測人員的健康有一定的影響。此外，目前土壤重金屬缺乏現場檢測技術，而且現場檢測結果時常受到各種不同場地條件的影響，精確度不高，某些現場測定土壤重金屬濃度的檢測方法對重金屬的濃度有要求，只能對特定濃度范圍內的重金屬污染進行測定，超過濃度范圍的重金屬污染測得的數據不準確，例如激光誘導等離子體光譜技術只在測定含量低于300ppm的元素時較為準確。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:減化了傳統土壤重金屬濃度檢測過程中復雜的實驗操作，降低了對操作人員的專業技能要求，提供一種快速、簡捷、經濟、對樣品不具有破壞性的快速檢測土壤中重金屬含量及空間分布的方法。
[0005]實現本發明目的的技術方案是:一種快速檢測土壤中重金屬濃度及空間分布的方法，具有如下步驟:
[0006]A)在待測點所在區域城市范圍內運用網格布點法，網格間距30m進行布點，布點數量> 20，對所布點進行取樣，檢測各布點的土壤磁學參數，用原子吸收光譜法測定待測點目標重金屬濃度值，根據所布點土壤磁學參數與目標重金屬濃度值運用SPSS軟件進行逐步回歸得到目標重金屬濃度與磁學參數關系式，提取該關系式系數a、b、C、d、e、f，即為目標重金屬濃度的運算公式中的運算參數的具體數值
[0007]B)測定待測點土壤的磁學參數，分別測量:磁化率(X )、頻率磁化率(X fd)、非磁滯剩磁磁化率(Xaem)、飽和等溫剩磁(SIRM)、軟等溫剩磁(IRM2qdit)；
[0008]C)根據步驟B)得到的磁學參數，及步驟A)所得的&、以(3、(1、6、6運算出待測點土壤目標重金屬濃度，重金屬濃度的運算公式為I = a+b*Xfd+c*XARM+d*X+e*IRM20mT+f*SIRM ；
[0009]D)確定待測點地理坐標及海拔高度；[0010]E)將步驟C得到的重金屬濃度值與步驟D)確定的待測區域的地形及土地利用電子地圖相結合，運用GIS系統生成可視化的土壤重金屬含量空間分布圖。
[0011]上述的快速檢測土壤中重金屬濃度及空間分布的方法，所述目標重金屬為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 中一種。
[0012]上述的快速檢測土壤中重金屬濃度及空間分布的方法，所述步驟B)采用磁化率儀測定磁化率(X)和頻率磁化率(Xfd);采用交變退磁儀測定非磁滯剩磁磁化率(Xaem);脈沖磁化儀測定飽和等溫剩磁(SIRM);旋轉磁力儀測定軟等溫剩磁(IRM2c1dit)。
[0013]上述的快速檢測土壤中重金屬濃度及空間分布的方法，所述步驟C)采用北斗衛星導航系統(BDS)測定待測點的地理坐標和海拔高度。
[0014]一種實現上述方法的快速檢測土壤中重金屬濃度及空間分布的方法裝置，其組成為:磁學參數測量裝置，BDS導航系統，計算模塊及數顯操作屏，GIS可視化系統；所述磁學參數測量裝置為便攜式磁化率儀、交變退磁儀、脈沖磁化儀、旋轉磁力儀中一個或多個；所述磁學參數測量裝置及BDS導航系統輸出端連接計算模塊的輸入端，計算模塊輸出端連接GIS可視化系統輸入端。
[0015]根據步驟A)中目標重金屬濃度與磁學參數關系式，確定目標金屬的含量表征公式與磁化率⑴、頻率磁化率(Xfd)、非磁滯剩磁磁化率(Xakm)、飽和等溫剩磁(SIRM)、軟等溫剩磁(IRM2c1dit)中一個或多個相關，然后再確定對應的測量儀器，即為便攜式磁化率儀、交變退磁儀、脈沖磁化儀、旋轉磁力儀中一個或多個，用于測定土壤磁學參數；BDS導航系統，用于測定待測點的地理坐標及海拔高度；計算模塊及數顯操作屏，計算模塊是載有重金屬濃度運算公式的裝置，通過前述裝置的數據輸入，計算出重金屬濃度，計算模塊可更換重金屬濃度公式表征芯片，用于計算不同重金屬的濃度，顯示出帶有空間信息的土壤重金屬濃度數據；所述計算模塊連接GIS可視化系統，用于將數據生成可視化的土壤重金屬濃度空間分布圖。
[0016]本發明具有積極的效果:
[0017](I)本發明減化了傳統土壤重金屬濃度檢測過程中復雜的實驗操作，降低了對操作人員的專業技能要求。
[0018](2)本發明可以實現對大面積的土壤進行重金屬污染狀況的測定，對于重金屬污染的系統調查工作具有重要意義，因為磁性測量方法快速、簡捷、經濟、對樣品不具有破壞性，且檢測周期也大大縮短了，可以現場直接得出重金屬的含量。
[0019](3)由于磁化率儀的靈敏度非常高，達到10_8emu，檢測限達10_6emu，本方法檢測重金屬濃度的精確度較高，可達到lppm。
[0020](4)本方法中增加的北斗衛星導航系統使得在檢測重金屬濃度的同時可確定檢測地點的經緯度及海拔高度，使測定點數據輸出含有空間信息，以便繪制出重金屬的濃度空間分布圖，使得測定結果更加的形象化、直觀化。
[0021](5)本發明還可以追蹤土壤重金屬污染來源，對后續如何控制重金屬的污染以及修復受污染的土壤具有重要的意義。
【專利附圖】
【附圖說明】[0022]為了使本發明的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中
[0023]圖1為本發明測量裝置的結構示意圖；圖2是實施例1所得的土壤中銅含量空間分布圖；圖3是實施例2所得的土壤中鉛的含量空間分布圖。
[0024]其中I磁學參數測量裝置，2BDS導航系統，3計算模塊及數顯操作屏，4GIS可視化系統。
【具體實施方式】
[0025](實施例1)
[0026]見表I和圖1
[0027]選擇江蘇省徐州市的城市土壤為研究對象，運用磁學方法表征城市土壤中重金屬濃度。
[0028](I)用磁化率儀測定出徐州鋼鐵廠附近27個點的磁學參數，得到目標重金屬濃度與磁學參數關系式為y = 8.91764+0.04212*X，提取重金屬濃度公式的參數為a =
8.91764，b = O, c = O, d = 0.04212，e = 0，f = O。
[0029](2)同時測定該地點的地理坐標，見表I。
[0030](3)得到待測區域(徐州)重金屬銅的濃度運算表征公式:銅濃度=
28.91764+0.04212*X, r = 0.7167，ρ〈0.0001 計算出各待測點銅的濃度。
[0031](4)運用GIS系統生成可視化的土壤銅的含量空間分布圖。
[0032]表I待測點磁化率、地理坐標及銅的含量
[0033]
【權利要求】
1.一種快速檢測土壤中重金屬濃度及空間分布的方法，具有如下步驟: A)在待測點所在區域城市范圍內運用網格布點法，網格間距30m進行布點，布點數量^ 20，對所布點進行取樣，檢測各布點的土壤磁學參數，用原子吸收光譜法測定待測點目標重金屬濃度值，根據所布點土壤磁學參數與目標重金屬濃度值運用SPSS軟件進行逐步回歸得到目標重金屬濃度與磁學參數關系式，提取該關系式系數a、b、C、d、e、f,即為目標重金屬濃度的運算公式中的運算參數的具體數值 B)測定待測點土壤磁學參數，分別測量:磁化率(X)、頻率磁化率(X fd)、非磁滯剩磁磁化率(XARM)、飽和等溫剩磁(SIRM)、軟等溫剩磁(IRM2m)； C)根據步驟B)得到的磁學參數，及步驟A)所得的a、b、C、d、e、f，運算出待測點土壤目標重金屬濃度，重金屬濃度的運算公式為y=a+b*Xfd+c*XAKM+d*X+e*IRM2(lmT+f*SIRM ； D)確定待測點地理坐標及海拔高度； E)將步驟C得到的重金屬濃度值與步驟D)確定的待測區域的地形及土地利用電子地圖相結合，運用GIS系統生成可視化的土壤重金屬含量空間分布圖。
2.根據權利要求1所述的快速檢測土壤中重金屬濃度及空間分布的方法，其特征在于:所述目標重金屬為 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 中一種。
3.根據權利要求1所述的快速檢測土壤中重金屬濃度及空間分布的方法，其特征在于:所述步驟B)采用 磁化率儀測定磁化率(X)和頻率磁化率(Xfd);采用交變退磁儀測定非磁滯剩磁磁化率(Xaem);脈沖磁化儀測定飽和等溫剩磁(SIRM);旋轉磁力儀測定軟等溫剩磁(IRM20mT)。
4.根據權利要求1所述的快速檢測土壤中重金屬濃度及空間分布的方法，其特征在于:所述步驟C)采用北斗衛星導航系統(BDS)測定待測點的地理坐標和海拔高度。
5.一種實現上述方法的快速檢測土壤中重金屬濃度及空間分布的方法裝置，其組成為:磁學參數測量裝置(1)，BDS導航系統(2)，計算模塊及數顯操作屏(3)，GIS可視化系統(4);所述磁學參數測量裝置為便攜式磁化率儀、交變退磁儀、脈沖磁化儀、旋轉磁力儀中一個或多個；所述磁學參數測量裝置及BDS導航系統輸出端連接計算模塊的輸入端，計算模塊輸出端連接GIS可視化系統輸入端。
【文檔編號】G01N27/72GK103913508SQ201410017331
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日
【發明者】王學松, 邱立偉, 袁莉萍 申請人:常州千帆環保科技有限公司