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(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)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(guò)預(yù)處理，制備標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品；通過(guò)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(kù)；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(kù)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(wú)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(kāi)發(fā)研究提供理論和方法依據(jù)。
【專(zhuān)利說(shuō)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(lái)，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(guò)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(guò)食物鏈影響食物安全和生態(tài)環(huán)境，威脅人類(lèi)健康。據(jù)網(wǎng)絡(luò)資料顯示，自2009年以來(lái)，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(yáng)、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(wàn)噸糧食遭到重金屬污染，直接經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)200億元，而這些糧食足以每年多養(yǎng)活4000多萬(wàn)人。農(nóng)田土壤重金屬污染問(wèn)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(wèn)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(kāi)了探索研究。通過(guò)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(guò)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(wèn)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(lái)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(chēng)THz)作為光譜波段中尚未被深入開(kāi)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(wú)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(wú)輻射，可安全有效地進(jìn)行非接觸式無(wú)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(kāi)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(wèn)題:(1)、檢測(cè)多依賴(lài)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(guò)強(qiáng)酸的消解，分析時(shí)間長(zhǎng)，可能會(huì)帶來(lái)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(wèn)題
[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是:如何通過(guò)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(wèn)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(guò)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(kù)；
[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(kù)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(guò)加入不同種類(lèi)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(lèi)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(guò)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(kù)，建立光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(lèi)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(kù)的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)所述光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(lèi)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(kù)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(kù)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(kù)；
[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(kù)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(lèi)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(kù)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(guò)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(kù)，建立光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(lèi)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(kù)的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)所述光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(wú)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(lái)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)?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)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(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來(lái)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(lèi)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(guò)了國(guó)家規(guī)定的檢測(cè)限，說(shuō)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(guò)加入不同種類(lèi)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(guò)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(lèi)、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(lèi)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(guò)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(kù)，建立光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(kāi)，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(guò)程中，遇到了不易成型等問(wèn)題，經(jīng)試驗(yàn)分析后通過(guò)添加聚乙烯粉末等方法使得壓片不易成型的問(wèn)題得到了改善。本發(fā)明通過(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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(kù)，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(lèi)、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(kù)，建立光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(kù)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(guò)篩等處理過(guò)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(lèi)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(kù)的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)所述光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(kù)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(kù)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(kù)；
[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(kù)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(lèi)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(kù)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(guò)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(kù)，建立光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(lèi)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(kù)的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)所述光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(kù)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(kù)，可以對(duì)采集的土壤樣品進(jìn)行高效、快速、無(wú)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(kāi)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(lái)說(shuō)，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(guò)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(kù)； 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(kù)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(guò)加入不同種類(lèi)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(lèi)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(guò)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(kù)，建立光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(lèi)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(kù)的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)所述光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(lèi)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(kù)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(kù)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(kù)； 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(kù)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(lèi)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(kù)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(guò)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(kù)，建立光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(lèi)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(kù)的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)所述光譜與土壤重金屬的種類(lèi)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(kāi)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