[发明专利]一种插入式土壤全元素现场探测仪

说明书

本发明公开了一种插入式土壤全元素现场探测仪。该探测仪包括脉冲激光器、光谱仪、探测模块和控制模块，以及中空的探测杆和插入锥；探测模块接收脉冲激光器发射的激光照射至由激发孔进入待检测土壤后形成的等离子信号；光谱仪将等离子信号转化成光谱图；控制模块根据光谱图确定待检测土壤中的元素种类和元素含量。采用本发明提出的插入式土壤全元素现场探测仪，能够在田野现场直接插入地面的土壤中对土壤进行全元素定量分析。

技术领域

本发明涉及污染物检测技术领域，特别是涉及一种插入式土壤全元素现场探测仪。

背景技术

土壤是人类生存环境中的重要自然资源，也是生态系统中十分重要的组成部分。随着工业的大力发展，土壤中沉积的化学物质的种类与数量都在增加，其中对土壤污染较大的是重金属物质。以Hg、Cu、Pb、Mn等重金属元素为例，在2008年全世界排放的Hg为1.5万吨，Cu为340万吨，Pb为500万吨，Mn为1500万吨。这些重金属污染物以污水的形式排放到环境中，对土壤环境造成了巨大的负担。根据调查，在中国140万公顷的污水灌溉地区中有64.8％是属于重金属污染。并且，重金属对土壤的污染会导致粮食减产，据相关统计每年会带来大约200亿的经济损失，土壤中的重金属污染物不具备流动性，且无法被微生物所降解，最后会间接通过植物或者地下水传递到动物和人体内，对人类和动物的健康产生危害。

目前检测土壤中污染元素的常用方法有：原子吸收光谱法(LAA)、火焰式原子吸收光谱法(FASS)、激光拉曼光谱仪(LRS)、紫外分光光度计法(UV)、电感耦合等离子发射光谱法(ICP-AES)和激光诱导击穿光谱法(LIBS)。其中，激光诱导击穿光谱法(LIBS)与传统检测方法相比具有以下优点：(1)无需样品预处理，LIBS可以实现土壤样品的进行快速、原位检测。(2)同时对多种元素进行定量分析。(3)检测对象多样性，可以检测固体、液体或气体。(4)检测灵敏度高，金属元素的探测灵敏度为ppm(ppm为百万分之(几))数量级；(5)光谱信号谱线位置与特定元素相对应，谱线强度与对应元素的含量具有一定的定量关系。因此LIBS技术可以实时、快速地对土壤中的化学元素进行定性和定量分析。但实验室的LIBS系统却往往体积大、重量大、能耗大，无法在现场进行实时、快速、精确的探测。

发明内容

本发明的目的是提供一种插入式土壤全元素现场探测仪，具有体积小、便携、能耗小，以及能够在田野现场对土壤进行全元素定量分析的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种插入式土壤全元素现场探测仪，包括：

探测杆、插入锥、脉冲激光器、光谱仪、探测模块和控制模块；

所述探测杆设置于所述插入锥的上方；所述探测杆和所述插入锥均为中空结构；

所述插入锥的下部设置有激发孔；所述激发孔用于使待检测土壤进入所述插入锥；

所述脉冲激光器与所述探测模块连接；

所述探测模块设置于所述插入锥内；所述探测模块与所述光谱仪连接；所述探测模块用于使所述脉冲激光器发射的激光照射至由所述激发孔进入所述插入锥的所述待检测土壤，并接收激光照射待检测土壤后形成的等离子信号；

所述光谱仪与所述控制模块连接；所述光谱仪用于将所述等离子信号转化成光谱图；

所述控制模块位于所述探测杆的顶端；所述控制模块用于根据所述光谱图确定所述待检测土壤中的元素种类和元素含量。

可选的，所述插入式土壤全元素现场探测仪，还包括：

土壤预处理装置；

所述土壤预处理装置位于所述插入锥的下部；所述土壤预处理装置与所述控制模块连接；所述土壤预处理装置用于检测并调整所述待检测土壤进入所述插入锥前的温度和湿度；