一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種離子濃度檢測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng) 檢測(cè)方法，屬于自動(dòng)檢測(cè)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 重金屬指比重大于5的金屬，（一般指密度大于4. 5克每立方厘米的金屬）約有 45種，如銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鎢、鉬、金、銀等.盡管錳、銅、鋅等重金屬是生命活 動(dòng)所需要的微量元素，但是大部分重金屬如汞、鉛、鎘等并非生命活動(dòng)所必須，而且所有重 金屬超過(guò)一定濃度都對(duì)人體有毒。
[0003] 如汞中毒的臨床表現(xiàn)有，全身癥狀為頭痛、頭昏、乏力、發(fā)熱.口腔及消化道癥狀 表現(xiàn)為齒齦紅腫酸痛、糜爛出血、牙齒松動(dòng)、齦槽溢膿，口腔有臭味，并有惡心、嘔吐、食欲 不振、腹痛、腹瀉.皮膚接觸可出現(xiàn)紅色斑丘瘆，以四肢及頭面部分布較多。少數(shù)患者可有 腎損害，個(gè)別嚴(yán)重者可有咳嗽、胸痛、呼吸困難、紺紫等急性間質(zhì)性肺炎的表現(xiàn)。
[0004] 農(nóng)用土壤是受人類活動(dòng)強(qiáng)烈影響的一類特殊土壤，其環(huán)境質(zhì)量與人們的身體健康 密切相關(guān)。土壤污染源主要來(lái)自工業(yè)"三廢"和農(nóng)藥、化肥的大量使用，污染物可通過(guò)灌溉 水進(jìn)人土壤，也可通過(guò)大氣污染、空中的顆粒物（含重金屬和致癌物質(zhì)等）干濕沉降造成土 壤污染，隨著時(shí)間的推移，農(nóng)田表層土壤鉛、銅、鋅、汞等重金屬含量有增加的趨勢(shì)。由于農(nóng) 作物的吸收作用，重金屬元素從土壤中迀移轉(zhuǎn)化到農(nóng)作物根莖葉及果實(shí)中去，從而連帶造 成農(nóng)作物的重金屬污染，危及人們的健康水平。因此，如何快速而又簡(jiǎn)便地實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)基 地土壤重金屬含量的在線測(cè)量成為了一個(gè)至關(guān)重要的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。
[0005] 例如申請(qǐng)?zhí)枮?201320688736. 3"的一種區(qū)域水環(huán)境重金屬監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括 監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)和經(jīng)GPRS與之相聯(lián)的多個(gè)監(jiān)測(cè)終端。監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)中心處理器連接數(shù)據(jù)收 發(fā)、數(shù)據(jù)分析處理和數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊，還連接顯示器/用戶終端，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接存儲(chǔ)各 監(jiān)測(cè)終端的GPS、GIS以及相關(guān)重金屬濃度的數(shù)據(jù)庫(kù)。各監(jiān)測(cè)終端的主控模塊包括嵌入式處 理器及時(shí)鐘和GPRS子模塊，檢測(cè)模塊包括溫度傳感器和重金屬電化學(xué)傳感器陣列。運(yùn)行時(shí) 監(jiān)測(cè)終端所測(cè)水環(huán)境的溫度和重金屬濃度發(fā)送到監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)存儲(chǔ)并顯示。數(shù)據(jù)分析處理 模塊將其與標(biāo)準(zhǔn)值和歷史數(shù)據(jù)對(duì)比，當(dāng)為污染水質(zhì)或某種重金屬濃度突升則報(bào)警。該系統(tǒng) 在檢測(cè)精度和方式上有待進(jìn)一步提升。
[0006] 又如申請(qǐng)?zhí)枮?201410291064. 1"的一種二次加樣重金屬離子濃度測(cè)試方法，包括 如下步驟：對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理；配制重金屬離子濃度為Cs的標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液和電解液；電解 槽中加入體積為V0的電解液，電解槽中加入體積為Vx的水樣，從電流-電壓曲線上得到對(duì) 應(yīng)的峰高h(yuǎn)i ;電解液中加入體積為Vx的水樣，從電流-電壓曲線上得到對(duì)應(yīng)的峰高h(yuǎn)2 ;電 解槽中加入體積為Vs的標(biāo)準(zhǔn)樣品，從電流-電壓曲線得到對(duì)應(yīng)的峰高h(yuǎn)3 ;重金屬離子濃度 采用三點(diǎn)算法計(jì)算，得到重金屬離子濃度Cx，并且計(jì)算平均誤差。該發(fā)明解決峰高-濃度曲 線不過(guò)坐標(biāo)零點(diǎn)的問(wèn)題，減少峰高-濃度曲線的非線性對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。該發(fā)明成本較 高，操作復(fù)雜，在檢測(cè)方式上有待進(jìn)一步提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)【背景技術(shù)】的不足提供了一種蔬菜基地汞金屬 離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)重金屬離子濃度的測(cè)量、顯示和存儲(chǔ)。
[0008] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：
[0009] 一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法，具體包含如下步驟：
[0010] 步驟1，采集蔬菜基地汞金屬離子電極產(chǎn)生的汞金屬離子電壓信號(hào)；
[0011] 步驟2,根據(jù)步驟1采集的汞金屬離子電壓信號(hào)得出汞金屬離子膜電勢(shì)；
[0012] 步驟3,根據(jù)汞金屬離子膜電勢(shì)的實(shí)際值即可得出汞金屬離子濃度，具體計(jì)算為：
[0014] 其中：EM為汞金屬離子的膜電勢(shì)；R為氣體常數(shù)；E。為汞金屬離子的初始電勢(shì)，T為 絕對(duì)溫度；F為法拉第常數(shù)；Zi為汞金屬離子的電荷數(shù)；ai為待測(cè)汞金屬離子活度；
[0015] 步驟4,將步驟3計(jì)算出的采金屬離子濃度通過(guò)顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。
[0016] 作為本發(fā)明一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在步 驟1中，采用電化學(xué)傳感器采集蔬菜基地汞金屬離子電極產(chǎn)生的汞金屬離子電壓信號(hào)。[0017] 作為本發(fā)明一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述 汞金屬離子電荷數(shù)為1。
[0018] 作為本發(fā)明一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，在步 驟4中，所述顯示模塊采用IXD顯示屏。
[0019] 作為本發(fā)明一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述 電化學(xué)傳感器采用蓄電池進(jìn)行供電。
[0020] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：
[0021] 1、本發(fā)明方法簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)且能夠自動(dòng)測(cè)量物體的寬和高，節(jié)省了人力；
[0022] 2、本發(fā)明能夠利用電勢(shì)測(cè)定法的電化學(xué)響應(yīng)性能，并結(jié)合一元線性回歸建立電極 電勢(shì)與離子濃度的數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)了對(duì)離子濃度的測(cè)量、顯示和存儲(chǔ)。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 下面對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0024] 一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法，具體包含如下步驟：
[0025] 步驟1，采集蔬菜基地汞金屬離子電極產(chǎn)生的汞金屬離子電壓信號(hào)；
[0026] 步驟2,根據(jù)步驟1采集的汞金屬離子電壓信號(hào)得出汞金屬離子膜電勢(shì)；
[0027] 步驟3,根據(jù)汞金屬離子膜電勢(shì)的實(shí)際值即可得出汞金屬離子濃度，具體計(jì)算為：
[0029] 其中：EM為汞金屬離子的膜電勢(shì)；R為氣體常數(shù)；E。為汞金屬離子的初始電勢(shì)，T為 絕對(duì)溫度；F為法拉第常數(shù)；Zi為汞金屬離子的電荷數(shù)；ai為待測(cè)汞金屬離子活度；
[0030] 步驟4,將步驟3計(jì)算出的采金屬離子濃度通過(guò)顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。
[0031] 其中，在步驟1中，采用電化學(xué)傳感器采集蔬菜基地汞金屬離子電極產(chǎn)生的汞金 屬離子電壓信號(hào)，所述汞金屬離子電荷數(shù)為1，在步驟4中，所述顯示模塊采用LCD顯示屏， 所述電化學(xué)傳感器采用蓄電池進(jìn)行供電。
[0032] 所述電化學(xué)傳感器主要對(duì)離子電極產(chǎn)生的電壓信號(hào)進(jìn)行采集、濾波和放大，使之 變換成適合A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)，并經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，同時(shí)理由溫度傳感器讀取 環(huán)境溫度信號(hào)，二者由單片機(jī)讀取并處理后，將經(jīng)溫度補(bǔ)償后的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、 傳輸和測(cè)量結(jié)果打印等操作。檢測(cè)儀硬件電路主要由離子電極電壓信號(hào)采集與處理、通信、 電源、存儲(chǔ)器和顯示等模塊組成。
[0033] 一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法采用AVR系列單片機(jī)，其具有預(yù)取指 令功能，即在執(zhí)行一條指令時(shí)，預(yù)先把下一條指令取進(jìn)來(lái)，使得指令可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi) 執(zhí)行；多累加器型，數(shù)據(jù)處理速度快;AVR單片機(jī)具有32個(gè)通用工作寄存器，相當(dāng)于有32條 立交橋，可以快速通行；中斷響應(yīng)速度快。AVR單片機(jī)有多個(gè)固定中斷向量入口地址，可快 速響應(yīng)中斷；AVR單片機(jī)耗能低。對(duì)于典型功耗情況，WDT關(guān)閉時(shí)為100nA，更適用于電池供 電的應(yīng)用設(shè)備；有的器件最低1. 8V即可工作；AVR單片機(jī)保密性能好。
[0034] 一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法。該系統(tǒng)基于離子選擇膜技術(shù)，利用 電勢(shì)測(cè)定法研宄ISE的電化學(xué)響應(yīng)性能，并結(jié)合一元線性回歸建立電極電勢(shì)與離子濃度的 數(shù)學(xué)模型?；贏VR單片機(jī)和運(yùn)放器，設(shè)計(jì)了硬件檢測(cè)電路和檢測(cè)程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)離子濃度 的測(cè)量、顯示和存儲(chǔ)等操作。
[0035] 離子濃度檢測(cè)單元的原理：離子選擇性電極是一種電勢(shì)型電化學(xué)傳感器，離子選 擇性電極的關(guān)鍵部分是離子選擇膜，在離子選擇膜上不會(huì)發(fā)生電子得失，但由于存在離子 濃度差異，在離子選擇膜的兩側(cè)表面上會(huì)發(fā)生離子交換，形成濃差膜電勢(shì)，膜電勢(shì)與待測(cè)溶 液中的特定離子濃度服從能斯特方程如下：
[0037] 能斯特方程即為離子選擇性電極的工作原理。由于離子選擇性電極內(nèi)參溶液的離 子活度a/呆持恒定，因此膜電勢(shì)可以表示為：
[0039] 式中：EM為膜電勢(shì)（V) ;R = 8. 314X/(K*mol)為氣體常數(shù)；E。為初始電勢(shì)，T = t+273. 15為絕對(duì)溫度（K) ;F為法拉第常數(shù)（96487c/mol) &為離子電荷數(shù)；ai為待測(cè)離子 活度，這樣膜電位就成為離子濃度對(duì)數(shù)的函數(shù)。
[0040] 本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)（包括 技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。 還應(yīng)該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文 中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0041] 以上實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明保護(hù)范圍 之內(nèi)。上面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本 領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變 化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種蔬菜基地隸金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于；具體包含如下步驟： 步驟1，采集蔬菜基地隸金屬離子電極產(chǎn)生的隸金屬離子電壓信號(hào)； 步驟2,根據(jù)步驟1采集的隸金屬離子電壓信號(hào)得出隸金屬離子膜電勢(shì)； 步驟3,根據(jù)隸金屬離子膜電勢(shì)的實(shí)際值即可得出隸金屬離子濃度，具體計(jì)算為：其中；Em為隸金屬離子的膜電勢(shì)；R為氣體常數(shù)；E。為隸金屬離子的初始電勢(shì)，T為絕對(duì) 溫度；F為法拉第常數(shù)為為隸金屬離子的電荷數(shù)；ai為待測(cè)隸金屬離子活度； 步驟4,將步驟3計(jì)算出的隸金屬離子濃度通過(guò)顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蔬菜基地隸金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于： 在步驟1中，采用電化學(xué)傳感器采集蔬菜基地隸金屬離子電極產(chǎn)生的隸金屬離子電壓信 號(hào)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蔬菜基地隸金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于： 所述隸金屬離子電荷數(shù)為1。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種蔬菜基地隸金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于： 在步驟4中，所述顯示模塊采用LCD顯示屏。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種蔬菜基地隸金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法，其特征在于： 所述電化學(xué)傳感器采用蓄電池進(jìn)行供電。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種蔬菜基地汞金屬離子濃度自動(dòng)檢測(cè)方法，采集蔬菜基地汞金屬離子電極產(chǎn)生的汞金屬離子電壓信號(hào)，根據(jù)步驟1采集的汞金屬離子電壓信號(hào)得出汞金屬離子膜電勢(shì)，根據(jù)汞金屬離子膜電勢(shì)的實(shí)際值即可得出汞金屬離子濃度。
【IPC分類】G01N27/26
【公開(kāi)號(hào)】CN104931552
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510284218
【發(fā)明人】胡國(guó)良
【申請(qǐng)人】蘇州合欣美電子科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年5月29日