《土壤養分與重金屬污染物的LIBS快速定量分析方法研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由魯翠萍擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：土壤養分與重金屬污染物的LIBS快速定量分析方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：魯翠萍
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
土壤養分與重金屬污染檢測是近年來研究的焦點和政府部門關心的熱點。土壤養分的實時測定是精準農業中實現合理施肥的前提，同時土壤重金屬污染對人體健康的危害日趨嚴重。目前檢測土壤養分和重金屬污染的方法，大多採用現場採樣、實驗室分析方法，難以實現土壤養分和重金屬污染物實時信息的精確獲取。鑒於此，本項目提出一種土壤養分與重金屬污染物定量分析新方法，以實現土壤養分與重金屬污染物濃度的實時快速精確測量。. 項目將從土壤樣品的高靈敏光譜實時檢測入手，研究土壤養分與重金屬污染物的雷射誘導擊穿光譜特徵；研究系統參數和環境條件對光譜測量的影響機制及去除方法；從雷射電漿形成的物理過程出發，研究多元素間相互干擾導致譜線重疊的分離方法，建立非線性多元變數算法模型，探索土壤養分與重金屬含量的反演算法，解決土壤養分與重金屬污染物定量分析方面的問題，為研究土壤養分與重金屬污染物的實時檢測提供理論和技術基礎。
結題摘要
土壤重金屬污染具有隱蔽性、滯後性、累積性和不可逆轉性，並可在生物體內富集並通過食物鏈威脅人體健康。因此土壤重金屬污染的治理應從源頭抓起，快速、原位監測土壤重金屬污染狀況，並控制污染源。與傳統現場採樣、實驗室檢測方法相比，雷射誘導擊穿光譜(LIBS)技術提供了一種土壤養分與重金屬污染物快速、現場分析的新方法，具有分析簡便、無需樣品預處理、多元素同時測量等優點，開展土壤養分與重金屬污染物的LIBS檢測方法研究具有重要的套用價值。 本項目針對LIBS技術檢測土壤養分與重金屬污染所面臨的問題開展了大量研究工作，圓滿完成計畫書中規定的目標和任務。首先描述了土壤養分與重金屬污染物雷射誘導擊穿光譜測量原理、系統組成及元素分析線的選取，通過對連續光譜、分立光譜的時間、空間演化特性的分析，探討了土壤雷射電漿形成過程中譜線的形成機制；重點研究了系統參數（雷射能量、重複頻率、焦點位置）與土壤基體特性（粒徑大小、疏鬆度、濕度）對雷射電漿譜線強度、信背比、電漿溫度、電子密度以及測量信號穩定性的影響；並分析了自然大氣與氬氣環境下雷射電漿的時間演化特性及元素檢測靈敏度；研究了多元素光譜歸屬識別分析方法與元素特徵譜線提取方法，建立了基於傅立葉變化算法的重疊峰分解模型，實現了測量光譜中元素的快速、自動歸屬識別與元素特徵譜線的提取。 在理論與實驗研究的基礎上，通過對不同元素特徵譜線的特性分析，確定了最佳的延時探測時間和門控寬度，對多種元素（C、K、N、P、Mn、Mg、Cr、Cd、Ni、Pb、Cu、Zn、As）的檢測限進行了分析；綜合比較研究了定標曲線、內標、多譜線法、多元非線性回歸法、偏最小二乘法在定量分析中的優劣，開發了包括系統控制、數據處理與定量分析軟體，實現了合肥電廠周邊土壤重金屬元素含量的測定。研究結果為發展土壤養分與重金屬污染物的攜帶型快速、現場檢測技術提供了數據基礎。 進行了土壤養分與重金屬LIBS檢測裝置的的聯合調試、模型驗證、現場測量實驗以及系統指標的測試（以Cr為例：檢出限為7.4mg/kg，精密度相對標準偏差為7.5%，重複性相對標準偏差為7.39%），對多組分共存田間採集的土壤樣與國標方法檢測結果進行了對比分析，測量結果具有較好的一致性。本項目研究成果為發展土壤養分與重金屬污染物的多元素、快速、線上檢測提供了方法。
