本實用新型專利技術涉及土壤重金屬含量的檢測技術，為結合LIBS技術(Laser?induced?breakdown?spectroscopy激光誘導等離子體光譜)，實現對不同深度土壤重金屬含量的無需預處理、快速、實時的檢測，提供一種基于LIBS便攜式可變深度土壤重金屬含量檢測裝置。本實用新型專利技術采用的技術方案是，基于LIBS(Laser?induced?breakdown?spectroscopy激光誘導等離子體光譜)技術的便攜式可變深度土壤重金屬含量檢測裝置，包括分析系統部分和探測器部分，分析系統包括高重頻激光器、一號聚焦透鏡、激光接收光纖頭、光譜儀光纖、激光器光纖、光譜分析儀。本實用新型專利技術主要應用于土壤重金屬含量的檢測。
【技術實現步驟摘要】
本技術屬于土壤監測和重金屬檢測領域中不同深度的土壤重金屬含量的檢測技術，具體講,涉及基于LIBS技術的便攜式可變深度土壤重金屬含量檢測裝置。
技術介紹
土壤重金屬污染是指由于人類的活動將重金屬帶入土壤中，致使土壤重金屬含量明顯高于其自然背景值，并造成生態破壞和環境質量惡化的現象。重金屬污染物主要是指Hg、Cd、Pb、Cr、Cu、Ni、Co、Sn(汞、鎘、鉛、鉻、銅、鎳、鈷、錫)以及類金屬As(砷)等。重金屬在土壤中不易隨水淋溶，不能被微生物分解，具有明顯的生物富集作用。重金屬主要通過對作物的產量和品質的影響表現其危害，因此具有較長潛伏期。通過“土壤→植物→人體”或“土壤→水→人體”間接被人體吸收，危害人體健康。重金屬污染已成為備受關注的全球性環境污染問題之一，我國重金屬污染也十分嚴重。有資料表明，我國重金屬污染的農業土地面積約2500萬平方米，每年被重金屬污染的糧食多達1200萬噸，因重金屬污染而導致糧食減產高達1000多萬噸，合計經濟損失至少200億元；重金屬對土壤的污染短期內很難恢復，土壤中的重金屬可能會通過相關食物鏈進入農產品，影響到農產品的質量安全，可能會嚴重危及到人類健康、生存和發展。且由于不同深度的土壤所處的環境差異巨大，所以不同深度的土壤重金屬含量也存在很大差異，只有精確掌握不同深度的土壤重金屬含量才能夠全面的評價土壤重金屬污染程度，為治理與防范土壤重金屬危害提供可靠依據。因此，對不同深度的土壤重金屬含量進行快速、實時、準確的檢測是土壤監測和食品安全領域的客觀需求。國內外傳統的土壤污染狀況分析檢測通常采用現場取樣后通過實驗室化學試劑和光譜儀器進行分析的方法。但是，這些傳統的方法均存在著不可忽略的缺點與不足，實驗室化學檢測方法準確度較高，但其檢測周期長，檢測過程中容易產生二次污染以及不能進行快速即時檢測；光譜儀器分析的方法檢測速度較快，操作簡單，但不能實現不同深度土壤重金屬的檢測。近年來，世界各國加大了對土壤重金屬檢測方面的投入，運用光譜學分析技術、電化學檢測技術以及生物學分析等先進技術和最新研究成果對土壤重金屬污染問題進行研究，出現了高光譜分析技術、生物量間接量測定技術、環境磁學、太赫茲光譜法等一系列新型技術。但上述這些現有的土壤重金屬檢測技術同樣存在著不可忽略的缺點：檢測前樣品需經過復雜的欲處理、不能實現快速實時的得出分析結果、不能對不同深度土壤進行檢測。同時電化學分析法和生物分析法由于需要進行復雜的處理過程，很容易造成二次污染。中國專利技術專利201610045040.7公開了一種基于雙透鏡的微量重金屬檢測的LIBS系統。系統包括樣品臺、激光器、聚焦透鏡組、光纖、多通道光譜儀以及數據處理器，將待測樣品采集至樣品臺上，利用LIBS技術進行重金屬分析。這個系統的缺點是，不能進行現場實時、不同深度檢測，而且樣品臺的設計不能滿足土壤中重金屬檢測的要求，不能用于土壤重金屬的檢測。中國專利技術專利201410816225.4公開了一種土壤重金屬檢測方法及裝置及系統。該方法包括：在預設檢測條件下，土壤重金屬檢測裝置獲得待檢測土壤的第二特征X射線譜，第二特征X射線譜中包括與待檢測土壤中的重金屬對應的波長和強度；將第二特征X射線譜中的波長和強度與第一特征X射線譜中的波長和強度進行對比，實現對土壤重金屬的檢測。這一方法的缺點是，需要復雜的數據處理計算，而且不能進行不同深度的土壤重金屬檢測。綜上所述，能夠無需預處理的快速、實時地分析出不同深度土壤重金屬含量對土壤監測和重金屬檢測領域十分重要。目前沒有人提出能夠實時地對不同深度的土壤重金屬檢測的方法，且現有方法需要進行復雜的樣品欲處理，無法實現快速、實時的檢測，由此可以看出，設計一款能夠無需預處理的快速、實時地分析不同深度土壤重金屬含量的裝置是當前分析土壤重金屬污染的迫切需求。
技術實現思路
為克服現有技術的不足，本技術旨在針對土壤監測領域中，缺少能夠無需預處理的快速、實時地分析不同深度土壤重金屬含量的技術與設備這一現狀，設計一種便攜式可變深度土壤重金屬含量檢測裝置，結合LIBS技術(Laser-inducedbreakdownspectroscopy激光誘導等離子體光譜)，實現對不同深度土壤重金屬含量的無需預處理、快速、實時的檢測。本技術采用的技術方案是，基于LIBS(Laser-inducedbreakdownspectroscopy激光誘導等離子體光譜)技術的便攜式可變深度土壤重金屬含量檢測裝置，包括分析系統部分和探測器部分，分析系統包括高重頻激光器、一號聚焦透鏡、激光接收光纖頭、光譜儀光纖、激光器光纖、光譜分析儀；探測器包括光譜接收光纖頭、三號聚焦透鏡、高反鏡、激光發射光纖頭、高反\\高透鏡、二號聚焦透鏡、石英鏡片；高重頻激光器發出高重頻激光，經過一號聚焦透鏡匯聚到激光接收光纖頭，再由激光接收光纖頭耦合進激光器光纖后傳輸進入探測器，然后通過激光發射光纖頭導出，激光穿過高反\\高透鏡，最后通過二號聚焦透鏡使激光穿過石英鏡片匯聚到土壤樣本，并激發等離子體，等離子體冷卻過程中會放出激光誘導等離子體光譜，光譜中會包含土壤樣本中重金屬的元素特征譜線和強度信息，由等離子體發出的激光誘導等離子體發散光譜經過二號聚焦透鏡的匯聚作用后，發散的激光誘導等離子體光譜聚集到高反\\高透鏡，激光誘導等離子體的發散光譜處在紫外波段，經過高反\\高透鏡被反射向高反鏡所在方向，再由高反鏡反射到三號聚焦透鏡，然后通過三號聚焦透鏡，激光誘導等離子體光譜被匯聚到光譜接收光纖頭，激光誘導等離子體光譜被耦合進光譜儀光纖中，再由光譜儀光纖傳輸至光譜分析儀，光譜分析儀分析出多組特征譜線與譜線強度進行顯示輸出。還包括并探測器標尺和探測器把手，用于：根據選定的深度找到探測器標尺所對應的刻度，將探測器插入待測區域土壤中，使土壤表層與對應刻度對齊；插入后稍用力按壓探測器把手將石英鏡片前端的土壤樣本壓實，以防止土壤在激光的作用下飛濺，影響激光誘導等離子體光譜的產生與收集。本技術的特點及有益效果是：本技術利用LIBS技術(Laser-inducedbreakdownspectroscopy激光誘導等離子體光譜)，并采用設計的便攜式可變深度土壤重金屬含量檢測裝置實現不同深度土壤重金屬含量的快速檢測。第一，實現了一種基于LIBS技術(Laser-inducedbreakdownspectroscopy激光誘導等離子體光譜)的土壤重金屬檢測裝置。第二，系統采用可變深度的探測裝置，實現了不同深度土壤重金屬含量的檢測。第三，便攜式的設計極大程度增加了設備的靈活性。附圖說明：圖1是本技術所述系統的結構示意圖；圖2是本技術所述探測器結構示意圖；附圖中，各標號所代表的部件例表如下：1-上行數據線，2-顯示器，3-顯示數據線，4-分析系統，5-高重頻激光器，6-一號聚焦透鏡，7-計算機，8-光譜分析儀，9-激光接收光纖頭，10-光譜儀光纖，11-激光器光纖，12-探測器把手，13-探測器，14-探測器標尺，15-探測器外殼，16-光譜接收光纖頭，17-三號聚焦透鏡，18-高反鏡，19-激光發射光纖頭，20-高反\\高透鏡，21-二號聚焦透鏡，22-石英鏡片，23-等離子體。具體實施方式本實用新本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于LIBS便攜式可變深度土壤重金屬含量檢測裝置，其特征是，包括分析系統部分和探測器部分，分析系統包括高重頻激光器、一號聚焦透鏡、激光接收光纖頭、光譜儀光纖、激光器光纖、光譜分析儀；探測器包括光譜接收光纖頭、三號聚焦透鏡、高反鏡、激光發射光纖頭、高反\高透鏡、二號聚焦透鏡、石英鏡片；高重頻激光器發出高重頻激光，經過一號聚焦透鏡匯聚到激光接收光纖頭，再由激光接收光纖頭耦合進激光器光纖后傳輸進入探測器，然后通過激光發射光纖頭導出，激光穿過高反\高透鏡，最后通過二號聚焦透鏡使激光穿過石英鏡片匯聚到土壤樣本，并激發等離子體，等離子體冷卻過程中會放出激光誘導等離子體光譜，光譜中會包含土壤樣本中重金屬的元素特征譜線和強度信息，由等離子體發出的激光誘導等離子體發散光譜經過二號聚焦透鏡的匯聚作用后，發散的激光誘導等離子體光譜聚集到高反\高透鏡，激光誘導等離子體的發散光譜處在紫外波段，經過高反\高透鏡被反射向高反鏡所在方向，再由高反鏡反射到三號聚焦透鏡，然后通過三號聚焦透鏡，激光誘導等離子體光譜被匯聚到光譜接收光纖頭，激光誘導等離子體光譜被耦合進光譜儀光纖中，再由光譜儀光纖傳輸至光譜分析儀，光譜分析儀分析出多組特征譜線與譜線強度，并以電信號進行顯示輸出。...
【技術特征摘要】
1.一種基于LIBS便攜式可變深度土壤重金屬含量檢測裝置，其特征是，包括分析系統部分和探測器部分，分析系統包括高重頻激光器、一號聚焦透鏡、激光接收光纖頭、光譜儀光纖、激光器光纖、光譜分析儀；探測器包括光譜接收光纖頭、三號聚焦透鏡、高反鏡、激光發射光纖頭、高反\\高透鏡、二號聚焦透鏡、石英鏡片；高重頻激光器發出高重頻激光，經過一號聚焦透鏡匯聚到激光接收光纖頭，再由激光接收光纖頭耦合進激光器光纖后傳輸進入探測器，然后通過激光發射光纖頭導出，激光穿過高反\\高透鏡，最后通過二號聚焦透鏡使激光穿過石英鏡片匯聚到土壤樣本，并激發等離子體，等離子體冷卻過程中會放出激光誘導等離子體光譜，光譜中會包含土壤樣本中重金屬的元素特征譜線和強度信息，由等離子體發出的激光誘導等離子體發散光譜經過二號聚焦透鏡的匯聚作用后，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：徐德剛，馮佳琛，石嘉，王與燁，嚴德賢，蘇耿華，姚建銓，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：新型
國別省市：天津;12
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