[发明专利]光电组合高能量激发土壤重金属原位检测设备及检测方法

说明书

本发明公开了一种光电组合高能量激发土壤重金属原位检测设备及检测方法，包括：系统控制处理模块，其包括光纤激光器、光谱探测器；全光纤光电组合系统，其包括入射光纤模块、光电组合高能量激发模块、设于光电组合高能量激发模块下方的样品台以及探测光纤模块；其中，所述光纤激光器与入射光纤模块耦合并产生入射光源，所述入射光源与光电组合高能量激发模块同步启动对样品台处的样品进行激发，再通过探测光纤模块将光信号汇集至光谱探测器。

技术领域

本发明涉及土壤重金属现场检测技术领域，具体是一种光电组合高能量激发土壤重金属原位检测设备及检测方法。

背景技术

当前我国土壤重金属、有机污染物污染日益严重，对土壤污染进行有效的监管与治理已成为我国环境保护工作的重要内容。在长三角区域内土壤污染形势尤为严峻，且有随着经济发展，日益恶化的趋势。工业发达城市土壤污染现象突出，给农业生产、人居环境带来严重威胁。根据重金属在土壤中毒性的大小，关注较多的污染元素主要包括铜、铅、铬、汞、镍、镉等。重金属污染物随着污水灌溉、矿业活动、工业废渣的不当堆置等不当的人类活动累积至土壤、河流湖泊甚至地下水中，严重影响土壤、水体质量。土壤重金属被植物、动物吸收富集，通过食物链聚积至人体内部后，将会严重破坏人的身体健康。

目前我国土壤重金属的检测仍采用现场取样-离线分析的方式，在实验室经复杂的消解过程之后，再利用火焰原子吸收/发射光谱法、电感耦合等离子体质谱法进行检测，检测速度慢，耗时费力，在监测过程中易发生二次污染，难以满足我国土壤质量普查、场地修复过程检测、精准农业实施等需求。

目前能够用于土壤重金属现场检测的技术主要有激光诱导击穿光谱(LIBS)分析和X射线荧光(XRF)分析技术，其中LIBS技术能够直接检测土壤中绝大多数元素，包括碳、磷等非金属元素及镉、铬、铅、铜等重金属元素，具有无需样品预处理、操作简便、检测速度快等优势。但是上述两种方法在应用中都存在一定的问题。例如，XRF的分析速度比较高，同时可用于固体、粉末、液体等不同形态样品的化学元素分析中。但是X射线对人有辐射作用，对原子序数较轻的测定不敏感，在常规分析中的检测灵敏度不如原子发射光谱法高。另外，LIBS分析技术存在低重复性和低探测精度等问题，限制了该技术的发展，增大了推动该技术实际应用的难度。针对不同的待测样品，系统中的激光能量密度是不同的，对激光器的性能要求极高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种光电组合高能量激发土壤重金属原位检测设备及检测方法，以解决上述背景技术中提出的问题，提高了等离子激发效率和稳定性，降低了检测系统的体积和光源高性能要求，消除了土壤样品非均一性，提高了整体探测系统信噪比。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一方面公开了一种光电组合高能量激发土壤重金属原位检测设备，包括：

系统控制处理模块，其包括光纤激光器、光谱探测器；

全光纤光电组合系统，其包括入射光纤模块、光电组合高能量激发模块、设于光电组合高能量激发模块下方的样品台以及探测光纤模块；

其中，所述光纤激光器与入射光纤模块耦合并产生入射光源，所述入射光源与光电组合高能量激发模块同步启动对样品台处的样品进行激发，再通过探测光纤模块将光信号汇集至光谱探测器。

作为本发明进一步的方案：所述入射光源是由单点单色光源转变而成的面域单色光源。

作为本发明进一步的方案：所述样品台为三维转台，其运动轨迹为：沿所述三维转台轴线方向来回移动，同时，以该轴线为中心线发生周向转动。

作为本发明进一步的方案：所述入射光纤模块包括入射光纤模块本体、第一光纤跳线和第一多模光纤束；其中，所述入射光纤模块本体通过第一光纤跳线与光纤激光器耦合，所述第一多模光纤束的输出端连接至光电组合高能量激发模块的光纤入射端口。