激光诱导击穿光谱技术检测土壤中的铅和镉含量.pdf

第32卷第15期
农业丁.程学报
Vol32 No15
2016年8月
Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering
Aug.2016197
激光诱导击穿光谱技术检测土壤中的铅和镉含量
余克强2,赵艳茹2,刘飞2,何勇2
(1.西北农林科技大学机械与电子工稈学院,杨凌7121002.渐江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310058
摘要:为了满足土壤重金属快速准确检测的需求,同时为土壤的重金属污染防治和农业的可持续发展提供理论指导,该研
究利用激光诱导击穿光譜( laser- induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术结合定标曲线法和化学计量学方法对上壊中重
金属铅(Pb)和镉(cd)元素进行定量分析。在获取LIBS数据之后,结合土壊LIBS发射谱线中Pb和Cd谱峰信息以及美国?
家标准与技术研究院( national institutc of standards and technology,NIST)的标准原子光谱数据库,选取了Pb和Cd的特征普
线分别为Pb1405.78和CdI36105m。首先对谱线信息进行预处理后,根据谱峰信息和元荼的含量,分别建立了基于谱线
峰强度、归一化后洛伦兹拟合强度、谱峰积分强度与对应元素浓度之间的关系模型和定标曲线。对于P元素的3种定标方法
得到的线性关系的决定系数(R)分别为0.98385、0.97097、0.9321,且模型反演的结果与实际值的相对误差较小:而Cd元素
的3种定标方法没有得到明显线性关系。然后运用偏最小二乘回归( partial least- squares regression,PLSR)建立了土壤Pb和
Cd元素的定量分析模型,Pb元素 PLSRA模型的结果与定标曲线法的结果类似,其预测的相关系数(R)为0.9485,预测均方根
误差( RMSEP)为2.044mg/g:而CG元素的PLSR模型的结果比起定标曲线法有较大提升,其预测的相关系数(R)为0.9949,预
测均方根误差( RMSEP)为97,054gg,结果说明PLSR方法在光谱化学分析领域中比定标曲线法进行定量分析有更好的适用
性。研究表明,LIBS技术能够实现对土壤重金属Pb和Cd含量的定量检测,为开发实时便携式LIBS土壤重金属检测仪提供
了理论基础.
关键词:土壤;重金属;光请分析;激光诱导去穿光语;铅;镉;定标曲线;偏最小二乘回
doi:10.11975iisn.1002-6819.2016.15.027
中图分类号:S237:TN249
文献标志码:A
文章编号:1002-6819(2016)-15-0197-07
余克强,赵艳茹,刘飞,何勇.激光诱导击穿光谱技术检测土換中的铅和镉含量农业工程学报,2016,32(15):
197-203.doi:10.1975/i,1002-6819.2016.15.027htpl/ww. .tcae.org
Yu Keqiang, Zhao Yanu, Liu Fei, He Yong. Laser-induced breakdown spectroscopy for determining content of Pb and Cd in
soil J ]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the SAE), 2016, 32015): 197-203.in
ChinesewithEnglishastractdo:10.1175jisn1002-68192016.15.027http:/www.tesae.or
0引言
到不同程度的重金属污染,给人类食品安全产生严重威
胁。土壤的重金属污染是这些问题产生的渊源,所以实现
农业是人类生存的命脉,而土壤是农业生产的基础。对土壤重金属的监测和防治对于现代农业的发展有着重
随着工业的高速发展城市规模的快速扩大和农用化学物要的战略意义。
质种类数量的增加,重金属物质通过大气沉降、工业和城
常规的物质元素检测方法主要以化学分析为主,利用
市生活污水、工矿业固体废弃物、农用物资(农药化肥地仪器对元素物理性质来分析样品的化学组成和含量們。
膜)等各种途径进入土壤,使得士壤重金属污染日益严例如,原子吸收光谱法( atomic absorption spectrometry
重。近年来,连续发生的重金属污染水体、食物等事件,给AS)、X荧光光谱法(X- ray fluorescence spectroscopy,
生态环境和居民健康等带来严重后果,并造成巨大经济损XRFS)、原子荧光光普法( atomic fuorescence
失。在农业方面,重金属不仅会导致土壤退化农作物产 spectrometry,AFS)、电感耦合等离子体发射光谱法
量和品质下降,而且还可以通过径流、淋失作用污染地表
nductively coupled plasma-atomic emission spectromet
水和地下水,恶化水文环境,并可能直接壽害植物或通过ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法( inductively
食物链途径危害人体健康。同时,农药和化肥的不合理 coupled plasma- mass spectrometry,ICP-MS)等。尽管这些
利用、污水灌溉农田等现象,使得大量的果蔬等农产品受方法的灵畋度较高,检测限低,但是测试仪器昂贵,检测过
程繁琐,成本较高,样品预处理复杂,易形成二次污染,分
收稿阳期:2016-01-14修讠j日期:2016-05-20
析时间较长,不能满足现场分析检测的要求,且单次检测
基金项日:国家自然科学基金重点项目(6114011)
的元素种类有限。
作者简介:余克强,男,陕西西乡县人,讲师,主要从事数字农业倍息获取
激光诱导击穿光谱( laser- induced breakdown
与检测技术的研究。杨凌西北农林科技大学机被与电子工程学院, spectroscopy,LBS)是一种原子发射光谱,它具有对样品
712100。Emai:yuke4063360220163.conm
※通信作者:何勇,男,教授博土生导师,主要从事数字农业,3S投术须处理简单(或不需要预处理),多元素同步、连续、实时
与农业物联方面研究。抗州新江大学生物系T程与食品利学的监测分析等优点,被看作是未来化学检测和快速绿色
院,310058。Email:yhe(@zju.edu.cn
分析技术领域的“超级巨星”,被广泛应用于工业处理
万方数