[发明专利]一种湿地土壤的原位同步监测方法

说明书

一种湿地土壤的原位同步监测方法，将监测装置插入湿地土壤中，所述装置包括一侧设置透明窗镜的不透光外壳，窗镜外侧安装荧光传感膜；还包括光学传导单元、CMOS图像传感器、二维平移导轨及数据采集模块；所述的光学传导单元依次包括平面反射镜、LED光源、光学透镜组和电动旋转滤光片；所述光学传导单元与CMOS整体设置在二维平移导轨上；开启LED光源，激发光经反射后照射荧光传感膜产生的荧光，再经反射、汇聚和滤光后，在CMOS上获得局部荧光图像；操作装置对荧光传感膜进行扫描，局部图像合成和拼接后得到整体荧光图像；根据荧光传感膜的响应曲线进行数据处理得到监测结果。所述的方法可原位同步监测湿地土壤中多种参数。

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，具体涉及一种同步监测水体、沉积物或湿地土壤等基质中多种重要地球化学参数信息的检测方法。

背景技术

随着水环境和水生态问题(水体黑臭、蓝藻水华、近海绿潮和赤潮等)的频繁发生，严重影响人类生活环境和威胁人类身体健康。实现湿地土壤中水体和沉积物现场监测，可以准确掌握沉积物中污染物的种类和浓度、污染范围和程度、污染源和转移路径等基本信息，为沉积物污染风险评价与预测提供基础数据支持。开展沉积物原位监测是水环境监测急需拓展的领域。

然而，对湿地土壤环境质量的现场监测一直存在极大的技术障碍，是水环境监测的难点和盲区。现有的方法及设备仅有少数可以满足室内模拟研究的需要，达不到现场规模化应用的要求。对湿地土壤中沉积物的现场监测成为水环境监测领域亟待突破的技术壁垒。

目前应用于沉积物检测的设备已有发展，但针对沉积物化学指标检测的方法十分有限。目前有代表性的沉积物检测设备主要有Itrax岩心扫描分析仪、Unisense水-沉积物界面分析仪和Fibox系列氧测量仪。鉴于沉积物高度空间异质性和异位获取方法对沉积物检测信息的破坏性，实现对沉积物二维同步检测是沉积物检测技术发展的趋势。Fibox系列氧测量仪可以测定溶解氧等化学指标，但单点位检测方式不能反映沉积物高度空间异质性的特点。Unisense微电极系统能获取单一化学指标的一维高分辨信息，测定的参数数量有限，同时微电极极易损坏，不利于现场的检测。Itrax岩心扫描分析仪体积庞大，难以运用到自然环境的检测现场，而且无法获取溶解氧、pH、有效磷、有效铁分布变化等多种重要沉积物环境参数。

平面光极技术的出现为沉积物的现场监测提供了一个新的方法。平面光极技术(Planar Optrode，PO)主要通过PO传感膜，在激发光源照射下PO传感膜上的荧光染料产生光致发光，荧光染料与待测物质接触后光学性质会发生改变，利用相机或其他感光元件捕获传感膜与待测物质接触前后的光学图片，根据光学性质的改变来量化待测物质的含量和二维空间分布信息。平面光极技术将传感膜和成像系统集成后，可将整个平面光极系统安装到现场进行原位监测。当前平面光极技术主要应用于海洋沉积物、土壤学、植物营养学和环境科学领域，已经实现对DO、pH、pCO₂、NH₄⁺、SO₂，Fe²⁺的检测。但过大的体积制约了平面光极技术的现场应用，且难以实现多参数的同步监测。

发明内容

针对湿地土壤环境质量的现场监测面临的难点，本发明旨在提供一种湿地土壤中水和沉积物的原位同步监测方法，基于平面光极技术(PO)实现水和沉积物多参数的同步原位监测，将荧光检测系统与荧光传感膜进行系统集成，通过建立旋转靶轮滤波与导轨扫描成像，实现大视场二维荧光信息的“探头式”获取，可以同步获取基质中多参数信息，或它们的二维空间的实时动态分布信息，具有监测便捷方便、响应时间短、空间分辨率高(毫米-亚毫米)等优点。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：