[发明专利]一种土壤铅元素快速检测系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种检测系统，尤其涉及一种土壤铅元素快速检测系统。

背景技术

铅是一种常见的重金属元素，土壤中的铅不易被微生物降解，却会在农作物体内富集，进而对人类健康产生不良影响。近年来，我国“铅中毒”、“血铅事件”频频爆出。从农产品源头出发，实现对农产品产地环境的监测和污染防治，对我国的农产品安全生产具有重要的实际意义。

目前铅元素的定量分析和检测方法主要以光谱类方法为主，包括原子吸收光谱、原子荧光光谱法、激光诱导击穿光谱技术、X射线荧光光谱等。光谱法能以较高灵敏度对各种样品中的重金属离子含量进行有效分析，但均需要大型仪器设备，分析成本高，且操作复杂。自2000年Wang等提出采用铋膜电极代替汞电极对重金属进行检测以来，基于电化学分析的重金属检测方法迅速发展起来。与光谱法相比，电化学分析法因其具有简单、灵敏、准确、快速的特点，已经成为当前快速检测重金属的研究热点。Ping等用离子液体修饰碳糊电极有效地对铅和镉进行了检测；WangZhiqiang等采用铋膜修饰的碳糊电极，可方便的测定土壤中痕量铅和镉。但目前的电化学工作站价格昂贵、体积庞大，不易完成农业生产过程中对土壤铅元素大面积快速检测，难以满足农产品产地环境污染预测预警。阳极溶出伏安法是重金属检测常用的一种电化学分析方法，检测灵敏度高。

发明内容

本发明的目的是为快速、低成本地获取土壤铅元素含量信息，设计了一种土壤铅元素快速检测系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

土壤铅元素快速检测系统由土壤铅元素检测仪和上位机数据处理软件组成。

所述的系统的土壤铅元素检测仪集微处理器、恒电势仪、电流－电压转换放大电路及电源模块为一体，完成电化学分析过程。

所述的上位机数据处理软件负责向检测仪发送指令和检测参数，并接收检测仪采集到的数据，进行数据分析。

所述的检测仪与上位机通过RS232串口通信协议连接。

所述的硬件电路包括微处理器最小系统电路、恒电势仪、电流－电压转换及放大电路和电源模块。

所述的微处理器为整个检测仪的控制单元，选用MSP430F169芯片。

所述的恒电势仪为电解池提供电解电势。

所述的电流－电压转化及放大电路将工作电极产生的电流进行转换和放大，该电路采用两级放大，利用RC回路进行滤波处理。每级放大电路均连接有4通道的模拟多路转换器，可根据需要调节放大倍数。放大后的信号与偏置电压一起，通过电压跟随器进入A/D转换器中，转化为数字信号。

所述的电源模块为整个检测仪供电。

本发明的有益效果是：

土壤铅元素快速检测系统具有体积小、成本低、功耗低的优点，便于实现土壤铅元素快速检测。测得的溶出伏安图峰电流值与铅离子浓度具有良好的线性关系，相关系数为0.9951。测得的铅离子浓度与原子吸收光谱法检测结果相对误差＜8％，且具有良好的重复性，表明该系统在土壤铅元素检测中具有一定的可行性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是土壤铅元素快速检测系统总体结构。

图2是方波伏安法的扫描电势波形。

图3是方波伏安法的溶出伏安曲线。

图4是土壤铅元素检测仪软件流程。

其中，E1为起始电势，E2为截止电势，T为方波周期，EA为方波振幅，ES为阶跃电压，I1、I2分别为脉冲结束前和下一脉冲施加前的电流值，△I为2次电流差值，EP为溶出电势，IP为溶出峰电流。

具体实施方式

如图1所示，土壤铅元素快速检测系统由土壤铅元素检测仪和上位机数据处理软件组成。土壤铅元素检测仪集微处理器、恒电势仪、电流－电压转换放大电路及电源模块为一体，完成电化学分析过程。上位机数据处理软件负责向检测仪发送指令和检测参数，并接收检测仪采集到的数据，进行数据分析。检测仪与上位机通过RS232串口通信协议连接。