基于NB-IoT技术的土壤重金属检测仪设计与验证

为解决土壤重金属检测准确度较低、实时性差以及数据分散的问题,该研究设计了一种基于窄带物联网(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)技术的土壤重金属检测仪。自主研发高准确度能量色散X射线荧光光谱仪,将测量得到的数据通过NB-IoT实时上传到数据集成云平台。设计试验探究了该设备的最佳测试时间、预热时间。结果显示:在预热30 min后以180 s的测试时间测量样品,仪器具有最佳重复性。设计试验验证该设备的准确度,使用该设备、奥林巴斯Vanta Element-S、实验室化学方法针对同一批四川土壤进行了多次采样比较研究,结果显示:Cd、Hg、As、Pb、Zn、Cu测量值都具有较高准确度,测量As、Cr、Hg、Pb元素时比Vanta Element-S更接近真实值。测量国家标准土样,对比样品标准值,7种元素中Cr、Cu、Pb、Zn的平均相对误差非常小,分别为4.6%、7.5%、3.8%、14.2%。其余3种元素As、Cd、Hg相对误差分别为55.5%,55.7%,37.2%。该设备能够准确、稳定、实时的检测出土壤较高含量的重金属元素含量值并且将数据汇总到云平台,具有较为优异的实时性及数据集成能力,在大规模土壤检测分析场合具有一定的推广价值。

基于新型滤波准直器的土壤重金属EDXRF检测方法

能量色散X射线荧光光谱仪(EDXRF)的体积小、价格低,但测量土壤重金属含量的准确度和重复性较差。提出一种用于EDXRF的新型滤波准直器,设计了多档位滤光片以及可调啮合准直窗口,并验证了加装新型滤波准直器的EDXRF的测量重复性和准确性。结果表明,自制土壤样品测试中,加装滤波准直器后测得的Cr、Cu、Zn元素含量的标准差比安装前降低了50%以上;国家标准样品测试中,与加装滤波准直器前相比,加装后Cu、Zn、As、Pb、Cr、Hg元素含量的测量标准差分别降低了45.0%、42.8%、35.2%、23.1%、27.5%、91.7%,表明安装滤波准直器可以有效提升仪器测量的重复性;使用加装滤波准直器的EDXRF测定干燥土壤和含水率10%的土壤,发现降低含水率可以有效提升测量重复性。将自行设计的EDXRF与第三方检测机构的测试结果进行比较,发现二者测得的Pb、As、Cr、Zn、Cu元素含量基本一致或相差较小,说明自行设计的EDXRF对大部分元素含量具有较好的测量准确性。