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基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)方法及裝置，涉及農(nóng)業(yè)與環(huán)境檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法包括：采集重金屬含量未超標(biāo)的土壤樣品，經(jīng)過預(yù)處理，制備標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品；通過對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理，獲取標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形，構(gòu)建指紋譜庫；將采集經(jīng)預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品的太赫茲光譜與所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的指紋譜庫進(jìn)行對(duì)比，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)，本發(fā)明可以對(duì)田間采集的土壤樣品進(jìn)行高效、快速、無損、安全的重金屬污染定性定量檢測(cè)，為太赫茲光譜技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)田土壤重要理化參數(shù)的檢測(cè)與應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究提供理論和方法依據(jù)。
【專利說明】基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)與環(huán)境檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]土壤是農(nóng)作物重要的生長(zhǎng)環(huán)境，優(yōu)質(zhì)土壤是保障國(guó)家糧食，發(fā)展“高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大量工業(yè)源、生活源污染物及農(nóng)用化學(xué)品等通過不同形式進(jìn)入并積聚于農(nóng)田土壤中，影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而通過食物鏈影響食物安全和生態(tài)環(huán)境，威脅人類健康。據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料顯示，自2009年以來，中國(guó)已連續(xù)發(fā)生30多起重特大重金屬污染事件。2010年相繼發(fā)生的江蘇大豐、四川隆昌、湖南嘉禾、甘肅瓜州、湖北崇陽、安徽懷寧等多起“血鉛”事件，成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。國(guó)土資源部也曾表示，中國(guó)每年約1200萬噸糧食遭到重金屬污染，直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元，而這些糧食足以每年多養(yǎng)活4000多萬人。農(nóng)田土壤重金屬污染問題涉及民生，引起人們的高度關(guān)注。研究先進(jìn)、高效、適用的土壤重金屬含量檢測(cè)方法是解決該問題的首要條件。
[0003]目前，重金屬的定量分析和檢測(cè)方法主要有光譜法、電化學(xué)方法以及新型檢測(cè)技術(shù)等。光譜法是比較傳統(tǒng)的方法，主要有原子吸收法(AAS)、原子熒光法(AFS)、電感耦合等離子體法(ICP)、X熒光光譜(XRF)等。電化學(xué)檢測(cè)方法是目前比較流行的檢測(cè)方法，檢測(cè)速度較快，數(shù)值準(zhǔn)確，在環(huán)境應(yīng)急檢測(cè)方面有較大的應(yīng)用潛力。另外，一些比較新的檢測(cè)技術(shù)，如酶抑制法、免疫分析法和生物傳感器法等，也展開了探索研究。通過分析比較，光譜法雖然能以較高靈敏度對(duì)各種環(huán)境樣品中的重金屬離子進(jìn)行有效分析，但大多需要大型昂貴儀器，分析方法成本高，樣品需要經(jīng)過消解，分析時(shí)間長(zhǎng)，安全因素的考慮等，制約著該方法用于農(nóng)田土壤重金屬含量檢測(cè)的普及應(yīng)用；電化學(xué)方法在痕量元素檢測(cè)中有較好的研究和應(yīng)用，但在目前的重金屬檢測(cè)中，存在離子干擾性等問題，再加上土壤樣品前處理中，需要進(jìn)行土樣消解，強(qiáng)酸等的使用可能帶來土壤的二次污染；新型檢測(cè)技術(shù)，與生物科學(xué)相結(jié)合，表現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景，但目前特異性抗體的制備比較困難，制約著該方法的應(yīng)用?，F(xiàn)有檢測(cè)手段都存在著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，有待于進(jìn)一步研究和改進(jìn)，新的有效檢測(cè)手段有待研究。
[0004]太赫茲光譜(Terahertz,簡(jiǎn)稱THz)作為光譜波段中尚未被深入開展應(yīng)用研究的一個(gè)領(lǐng)域，是當(dāng)前科技界創(chuàng)新技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。它的頻率處于0.1THz?IOTHz (ITHz =1012Hz)，在電磁波段中的位置介于紅外和無線電波之間，是一種新的、有很多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的輻射源。近些年，超快激光技術(shù)的迅速發(fā)展，為太赫茲脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定地激發(fā)光源，使太赫茲的產(chǎn)生和應(yīng)用得到了蓬勃發(fā)展。太赫茲光子能量低，無輻射，可安全有效地進(jìn)行非接觸式無損探測(cè)，許多輕分子的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率、大分子活官能團(tuán)的振動(dòng)模式和生物大分子的諧振頻率等都處在太赫茲波段，研究物質(zhì)的太赫茲光譜響應(yīng)對(duì)于深入揭示其組成、結(jié)構(gòu)及理化特性具有重要意義。發(fā)明人曾于2009年10月至2010年9月在美國(guó)俄克拉荷馬州立大學(xué)進(jìn)行了太赫茲技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的初步探索和研究，歸國(guó)后繼續(xù)開展深入探索，證實(shí)了太赫茲光譜技術(shù)進(jìn)行土壤重金屬含量的測(cè)量具有可行性。[0005]現(xiàn)有測(cè)試方法存在以下問題:(1)、檢測(cè)多依賴大型設(shè)備，價(jià)格昂貴，需在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)量；(2)、傳統(tǒng)檢測(cè)手段借助原子吸收/發(fā)射光譜原理，操作者安全因素需要考慮；
(3)、土壤樣品需要經(jīng)過強(qiáng)酸的消解，分析時(shí)間長(zhǎng)，可能會(huì)帶來二次污染；(4)、電化學(xué)、生物檢測(cè)等新的檢測(cè)手段仍不成熟，檢測(cè)結(jié)果不可靠。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問題
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:如何通過太赫茲光譜技術(shù)對(duì)土壤重金屬元素的含量進(jìn)行檢測(cè)。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為了解決上述技術(shù)問題，一種基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)方法，該方法包括:
[0010]S1、制備標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品；
[0011]S2、通過對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理，獲取標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形，構(gòu)建指紋譜庫；
[0012]S3、將待測(cè)土壤樣品與所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的指紋譜庫進(jìn)行對(duì)比，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。
[0013]優(yōu)選的，步驟SI具體包括:
[0014]S10、采集土壤，并進(jìn)行預(yù)處理；
[0015]S11、對(duì)預(yù)處理后的土壤的重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)；
[0016]S12、確定重金屬元素含量未超標(biāo)后，制備原始土壤樣品；
[0017]S13、在原始土壤樣品中通過加入不同種類和不同含量的重金屬離子，制備標(biāo)準(zhǔn)土
壤樣品。
[0018]優(yōu)選的，步驟S13中所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品包括重金屬含量未超標(biāo)的土壤樣品、含有不同種類重金屬的土壤樣品和含有不同濃度重金屬的土壤樣品。
[0019]優(yōu)選的，步驟S2具體包括:
[0020]S20、對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理；
[0021]S21、獲取壓片處理后的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形；
[0022]S22、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0023]S23、通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)預(yù)處理后的不同的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，構(gòu)建指紋譜庫，建立光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。
[0024]優(yōu)選的，步驟S3具體包括:
[0025]S30、將預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品進(jìn)行壓片處理；
[0026]S31、對(duì)壓片處理后的待測(cè)土壤樣品中的重金屬種類及含量進(jìn)行檢測(cè)，獲取待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形；
[0027]S32、對(duì)待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0028]S33、對(duì)預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)與指紋譜庫的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過所述光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的關(guān)系式，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。[0029]優(yōu)選的，步驟S3中所述重金屬數(shù)據(jù)包括重金屬的種類和濃度。
[0030]本發(fā)明還提供了一種基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)裝置，該裝置包括標(biāo)準(zhǔn)樣品制備模塊、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊和待測(cè)樣品比對(duì)模塊；
[0031]所述標(biāo)準(zhǔn)樣品制備模塊，用于制備標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品；
[0032]所述數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊，用于對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理，獲取標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形，構(gòu)建指紋譜庫；
[0033]所述待測(cè)樣品比對(duì)模塊，將待測(cè)土壤樣品與所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的指紋譜庫進(jìn)行對(duì)比，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。
[0034]優(yōu)選的，所述標(biāo)準(zhǔn)樣品制備模塊制備的樣品，包括重金屬含量未超標(biāo)的土壤樣品、含有不同種類重金屬的土壤樣品和含有不同濃度重金屬的土壤樣品。
[0035]優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊包括標(biāo)準(zhǔn)樣品壓片處理單元、第一數(shù)據(jù)采集單元、第一數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和數(shù)據(jù)建模單元；
[0036]所述標(biāo)準(zhǔn)樣品壓片處理單元，用于對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理；
[0037]所述第一數(shù)據(jù)采集單元，用于獲取壓片處理后的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形；
[0038]所述第一數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0039]所述數(shù)據(jù)建模單元，用于通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)預(yù)處理后的不同的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，構(gòu)建指紋譜庫，建立光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。
[0040]優(yōu)選的，所述待測(cè)樣品比對(duì)模塊包括待測(cè)樣品壓片處理單元、第二數(shù)據(jù)采集單元、第二數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和待測(cè)樣品數(shù)據(jù)獲取單元；
[0041]所述待測(cè)樣品壓片處理單元，用于將預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品進(jìn)行壓片處理；
[0042]所述第二數(shù)據(jù)采集單元，用于對(duì)壓片處理后的待測(cè)土壤樣品中的重金屬種類及含量進(jìn)行檢測(cè)，獲取待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形；
[0043]所述第二數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對(duì)待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0044]所述待測(cè)樣品數(shù)據(jù)獲取單元，用于對(duì)預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)與指紋譜庫的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過所述光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。
[0045](三)有益效果
[0046]本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明提供了一種基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)方法及裝置，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0047](I)太赫茲光譜檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)非接觸式，無損安全檢測(cè)；
[0048](2) 土壤樣品壓片制備方便、快捷，不需要土壤樣品的微波消解，避免帶來二次污染；
[0049](3)太赫茲光譜檢測(cè)設(shè)備，攜帶方便，為田間測(cè)量提供了可能；
[0050](4)太赫茲光譜檢測(cè)設(shè)備，具有較好的檢測(cè)靈敏度，可實(shí)現(xiàn)重金屬含量的檢測(cè)。【專利附圖】

【附圖說明】
[0051]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)方法步驟圖；
[0052]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的土壤樣品制備流程圖；
[0053]圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的土壤樣品壓片制作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]下面結(jié)合附圖，對(duì)發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0055]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種基于壓片法的太赫茲光譜土壤重金屬含量的檢測(cè)方法，該方法包括:
[0056]S1、制備標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品，所述土壤樣品包括重金屬含量未超標(biāo)的土壤樣品、含有不同種類重金屬的土壤樣品和含有不同濃度重金屬的土壤樣品。
[0057]步驟SI具體包括如下步驟:
[0058]S10、采集土壤，并進(jìn)行預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤的風(fēng)干以防止土壤變質(zhì)；
[0059]S11、對(duì)預(yù)處理后的土壤的重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)，去權(quán)威檢測(cè)中心化驗(yàn)，得知含有的重金屬非常低，與國(guó)家規(guī)定的檢測(cè)限相比，可以忽略不計(jì)；如果權(quán)威測(cè)試結(jié)果超過了國(guó)家規(guī)定的檢測(cè)限，說明土壤本身就被污染了，那就不能用，需要更換重金屬元素含量未超標(biāo)的土壤；
[0060]S12、確定重金屬元素含量未超標(biāo)后，制備原始土壤樣品；
[0061]S13、在原始土壤樣品中通過加入不同種類和不同含量的重金屬離子，近似模擬重金屬離子進(jìn)入土壤的自然過程，制備標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品。
[0062]如圖2所示標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品制備流程，制備純凈(重金屬元素含量未超標(biāo))土壤樣品和不同種類、不同濃度(PPb?ppm級(jí)別，具體根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定制定)重金屬的土壤樣品作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，保證土壤顆粒研磨均勻，直徑在0.1mm以下，建立標(biāo)準(zhǔn)化土壤樣品制備方法，所述不同種類的重金屬元素主要包括汞(Hg)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、鉻(Cr)和金屬砷(As)等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)等元素。
[0063]S2、通過對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理，獲取標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形，構(gòu)建指紋譜庫，建立光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式；
[0064]其中，步驟S2具體包括:
[0065]S20、對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理；
[0066]如圖3所示，整個(gè)壓片試驗(yàn)遵循此流程展開，壓片法是將土壤樣品做壓片處理，做成小薄片，用于后續(xù)太赫茲光譜的測(cè)量；在樣品的制備過程中，遇到了不易成型等問題，經(jīng)試驗(yàn)分析后通過添加聚乙烯粉末等方法使得壓片不易成型的問題得到了改善。本發(fā)明通過多次參數(shù)組合條件下的土壤樣品壓片制備和測(cè)量，最終將壓片制備參數(shù)確立為:2.5t壓力，220mg質(zhì)量，Imin施壓時(shí)間/片，由此制備了用于太赫茲光譜測(cè)量的不同土壤壓片樣品，通過太赫茲時(shí)域光譜裝置對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，獲得它們?cè)谔掌澆ǘ蜗碌奈障禂?shù)曲線。
[0067]S21、獲取壓片處理后的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形；
[0068]S22、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；太赫茲光譜裝置所采集的光譜除土壤樣品的自身信息外，還包含了其它無關(guān)信息和噪聲，如電噪聲、樣品背景噪聲等。采用平滑、多元散射校正和標(biāo)準(zhǔn)歸一化等數(shù)據(jù)預(yù)處理過程對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，減少其它因數(shù)對(duì)光譜產(chǎn)生的影響，為建立穩(wěn)定、可靠的標(biāo)定模型奠定了基礎(chǔ)；
[0069]S23、通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)預(yù)處理后的不同的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，構(gòu)建指紋譜庫，在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上，借鑒近紅外光譜分析知識(shí)，引入化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，對(duì)不同種類、不同濃度重金屬的土壤樣品的太赫茲光譜數(shù)據(jù)分別進(jìn)行了預(yù)處理和基于光譜信息的偏最小二乘法建模、基于區(qū)間法選擇特征波段的偏最小二乘法的數(shù)學(xué)建模以及基于遺傳算法選擇特征波段的偏最小二乘法數(shù)學(xué)建模，選取最優(yōu)建模結(jié)果，構(gòu)建指紋譜庫，建立光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。
[0070]S3、將待測(cè)土壤樣品與所述指紋譜庫的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品進(jìn)行對(duì)比，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)；
[0071]其中，步驟S3具體包括:
[0072]S30、將預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品進(jìn)行壓片處理，所述的預(yù)處理主要包括對(duì)土壤的風(fēng)干、過篩等處理過程，以防止土壤變質(zhì)；
[0073]S31、對(duì)壓片處理后的待測(cè)土壤樣品中的重金屬種類及含量進(jìn)行檢測(cè)，獲取待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形；
[0074]S32、對(duì)待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0075]S33、對(duì)預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)與指紋譜庫的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過所述光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，借助模式識(shí)別方法，尋找最佳匹配，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。
[0076]本發(fā)明還提供了一種基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)裝置，該裝置包括標(biāo)準(zhǔn)樣品制備模塊、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊和待測(cè)樣品比對(duì)模塊；
[0077]所述標(biāo)準(zhǔn)樣品制備模塊，用于制備標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品；
[0078]所述數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊，用于對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理，獲取標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形，構(gòu)建指紋譜庫；
[0079]所述待測(cè)樣品比對(duì)模塊，將待測(cè)土壤樣品與所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的指紋譜庫進(jìn)行對(duì)比，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。
[0080]其中，所述標(biāo)準(zhǔn)樣品制備模塊制備的樣品，包括重金屬含量未超標(biāo)的土壤樣品、含有不同種類重金屬的土壤樣品和含有不同濃度重金屬的土壤樣品。
[0081]其中，所述數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊包括標(biāo)準(zhǔn)樣品壓片處理單元、第一數(shù)據(jù)采集單元、第一數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和數(shù)據(jù)建模單元；
[0082]所述標(biāo)準(zhǔn)樣品壓片處理單元，用于對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理；
[0083]所述第一數(shù)據(jù)采集單元，用于獲取壓片處理后的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形；
[0084]所述第一數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0085]所述數(shù)據(jù)建模單元，用于通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)預(yù)處理后的不同的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，構(gòu)建指紋譜庫，建立光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。[0086]其中，所述待測(cè)樣品比對(duì)模塊包括待測(cè)樣品壓片處理單元、第二數(shù)據(jù)采集單元、第二數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和待測(cè)樣品數(shù)據(jù)獲取單元；
[0087]所述待測(cè)樣品壓片處理單元，用于將預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品進(jìn)行壓片處理；
[0088]所述第二數(shù)據(jù)采集單元，用于對(duì)壓片處理后的待測(cè)土壤樣品中的重金屬種類及含量進(jìn)行檢測(cè)，獲取待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形；
[0089]所述第二數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對(duì)待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；
[0090]所述待測(cè)樣品數(shù)據(jù)獲取單元，用于對(duì)預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)與指紋譜庫的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過所述光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。
[0091]本發(fā)明基于建立的標(biāo)準(zhǔn)樣品制備模塊、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊和待測(cè)樣品比對(duì)模塊，借助建立的指紋譜庫，可以對(duì)采集的土壤樣品進(jìn)行高效、快速、無損、安全的重金屬污染定性定量檢測(cè)。隨著太赫茲技術(shù)的不斷發(fā)展，如小型化、低成本、高通量等，為太赫茲光譜技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)田土壤重要理化參數(shù)的檢測(cè)與應(yīng)用技術(shù)開發(fā)研究提供理論和方法依據(jù)。
[0092]以上所述僅是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括: 51、制備標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品； 52、通過對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理，獲取標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形，構(gòu)建指紋譜庫； 53、將待測(cè)土壤樣品與所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的指紋譜庫進(jìn)行對(duì)比，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟SI具體包括: 510、采集土壤，并進(jìn)行預(yù)處理； 511、對(duì)預(yù)處理后的土壤的重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)； 512、確定重金屬兀素含量未超標(biāo)后,制備原始土壤樣品； 513、在原始土壤樣品中通過加入不同種類和不同含量的重金屬離子，制備標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品O
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟S13中所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品包括重金屬含量未超標(biāo)的土壤樣品、含有不同種類重金屬的土壤樣品和含有不同濃度重金屬的土壤樣品O
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S2具體包括: 520、對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理； 521、獲取壓片處理后的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形； 522、對(duì)標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； 523、通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)預(yù)處理后的不同的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，構(gòu)建指紋譜庫，建立光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。
5.如權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，步驟S3具體包括: 530、將預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品進(jìn)行壓片處理； 531、對(duì)壓片處理后的待測(cè)土壤樣品中的重金屬種類及含量進(jìn)行檢測(cè)，獲取待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形； 532、對(duì)待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； 533、對(duì)預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)與指紋譜庫的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過所述光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟S3中所述重金屬數(shù)據(jù)包括重金屬的種類和濃度。
7.一種基于壓片法的土壤重金屬含量的檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包括標(biāo)準(zhǔn)樣品制備模塊、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊和待測(cè)樣品比對(duì)模塊； 所述標(biāo)準(zhǔn)樣品制備模塊，用于制備標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品； 所述數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊，用于對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理，獲取標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形，構(gòu)建指紋譜庫； 所述待測(cè)樣品比對(duì)模塊，將待測(cè)土壤樣品與所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的指紋譜庫進(jìn)行對(duì)比，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)樣品制備模塊制備的樣品，包括重金屬含量未超標(biāo)的土壤樣品、含有不同種類重金屬的土壤樣品和含有不同濃度重金屬的土壤樣品。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)庫構(gòu)建模塊包括標(biāo)準(zhǔn)樣品壓片處理單元、第一數(shù)據(jù)采集單元、第一數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和數(shù)據(jù)建模單元； 所述標(biāo)準(zhǔn)樣品壓片處理單元，用于對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品壓片處理； 所述第一數(shù)據(jù)采集單元，用于獲取壓片處理后的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形； 所述第一數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； 所述數(shù)據(jù)建模單元，用于通過化學(xué)計(jì)量學(xué)方法對(duì)預(yù)處理后的不同的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，構(gòu)建指紋譜庫，建立光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述待測(cè)樣品比對(duì)模塊包括待測(cè)樣品壓片處理單元、第二數(shù)據(jù)采集單元、第二數(shù)據(jù)預(yù)處理單元和待測(cè)樣品數(shù)據(jù)獲取單元； 所述待測(cè)樣品壓 片處理單元，用于將預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品進(jìn)行壓片處理； 所述第二數(shù)據(jù)采集單元，用于對(duì)壓片處理后的待測(cè)土壤樣品中的重金屬種類及含量進(jìn)行檢測(cè)，獲取待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形； 所述第二數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對(duì)待測(cè)土壤樣品的太赫茲脈沖時(shí)域波形的光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理； 所述待測(cè)樣品數(shù)據(jù)獲取單元，用于對(duì)預(yù)處理后的待測(cè)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)與指紋譜庫的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過所述光譜與土壤重金屬的種類和濃度之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式，獲取待測(cè)土壤樣品的重金屬數(shù)據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01N21/3586GK104034689SQ201410245001
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月4日
【發(fā)明者】陳立平, 李斌, 趙春江 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心