专利名称：：一种便携式土壤重金属分析仪的制作方法
技术领域：
：本发明涉及土分析壤中金属成份和含量的仪器，具体涉及一种具有釆样定位功能的便携式土壤重金属分析仪器。
背景技术：
：X射线荧光分析是用于多元素同时进行定性、定量分析的一种技术，具有对不同形态的物质进行快速、无损分析的特点。在对土壤的成分、元素含量分析中，釆用便携式x射线荧光分析仪进行现场测试，收集分析结果，用于对土壤重金属污染情况做出评估，具有十分显著的优势。由于传统的土壤中重金属的分析的X射线荧光分析仪，例如XR306-RoHS专用X射线荧光能谱仪是由仪器主机和商用PC组成，并且由外部220V市电供电，限制了其移动性；使用上述的传统用于土壤中重金属的分析的X射线荧光分析仪，进行作业的步骤是先需要对土壤样品进行取样，然后带回实验室进行复杂的前处理，最后通过仪器测试，收集能谱数据并最终给出成分测试结果。取样过程中，需要由人员手工记录测试地点的大致地理位置和情况。当釆集数据包含大量样品的结果和地理位置的数据后，统计的结果由于人为误差会造成地理位置信息的不及时、不详细和不准确，进而导致整个测试结论不正确，整个统计过程也费时费力，分析成本高。另一方面，测样结果不能直接传输到地理信息系统软件上，不便在地图上直接进行比对，因而直观效果差。
发明内容本发明的目的在于克服目前实验室X射线荧光分析仪不适合现场测试的缺点，并且解决釆样点位置数据和测量结果不能集成的缺点，提供一种具有釆样定位功能的便携式土壤重金属分析仪器，使用该仪器不仅可以实现现场无损快速检测土壤重金属元素含量，且可以对釆样测试地点进行全球定位系统(GPS)地理坐标定位，轻松实现样品成分数据与位置数据一次性生成，使土壤中重金属分析具有针对性，系统性以及较高的准确性。为实现上述目的，本发明釆样如下技术方案一种便携式土壤重金属分析仪，该仪器包括x射线管、x射线出射窗口，探测器、微处理电脑、GPS接收器GPS和电源装置，所述X射线出射窗口位于所述分析仪的一侧，所述X射线管与所述探测仪在所述分析仪内并排设置且靠近所述X射线出射窗口，所述X射线管的管口与所述探测仪的探测口分别与所述X射线出射窗口相对，所述X射线管的另一端与所述电源装置连接，所述探测仪的另一端与所述微处理电脑之间连接有多道电路，所述多道电路与电源装置连接，所述微处理电脑在仪器内，位于所述分析仪的正后方，所述微处理电脑有CF卡插槽，所述GPS接收器插入微处理电脑的所述CF卡插槽中。所述分析仪内还包括干扰光阻断机构，该机构由光闸电气驱动、光闸按钮和光闸组成，所述光闸电气驱动连接在所述微处理电脑和电源装置之间，所述光闸按钮与光闸电气驱动连接后接入光闸并控制所述光闹的开启和关闭。所述光闸为竖条形状，位于所述X射线出射窗口与X射线管的管口、探测器的探测口之间。所述X射线出设窗口带有连锁保护机构，所述连锁保护机构为单点接触开关结构，形状为圆形触点，位于所述光闸的前方并与所述光闸电气驱动连接。所述X射线窗口外部有保护罩，所述保护罩与连锁保护机构以可拆卸的卡口形式连接。所述X射线出射窗口与所述光闸之间加装有吸收片，在所述分析仪上方插入固定吸收片的插槽，所述吸收片插在所述插槽内。所述电源装置与多道电路可以封装在一个电源箱中与所述分析仪通过可分离的耐高压接插件连接，所述电源箱内部包括电池、电源转化电路、高压调节档、射线管电源和多道电路，所述电池连接所述电源转化电路，所述电源转化电路分别连接多道电路、射线管电源和光闸电气驱动，所述射线管电源与所述X射线管连接，所述高压调节档连接射线管电源，调节经电源转化电路后的高压电源的电压，所述光闸按钮连接射线管电源，控制高压电源的开启与关断，所述多道电路一端通过电缆连接探测器并自动调节所需要的工作参数，所述多道电路另一端连接微处理电脑传送获取的能谱数据信息。所述X射线管的靶材为鸦靶。所述吸收片为铝吸收片。一种便携式土壤重金属分析仪分析土壤重金属成份和含量的方法，该分析仪包括X射线管、X射线出射窗口，探测器、微处理电脑、GPS接收器和电源装置，所述X射线出射窗口位于所述分析仪的一侧，所述X射线管与所述探测仪在所述分析仪内并排设置且靠近所述X射线出射窗口，所述X射线管的管口与所述探测仪的探测口分别与所述x射线出射窗口相对，所述x射线管的另一端与所述电源装置连接，所述探测仪的另一端与所述微处理电脑之间连接有多道电路，所述多道电路与电源装置连接，所述微处理电脑在仪器内，位于所述分析仪的正后方，所述微处理电脑有CF插槽卡，所述GPS接收器插入微处理电脑的所述CF卡插槽中，该方法包括以下步骤SL与X射线管连接的电源装置控制X射线管的对地电压与灯丝电流，X射线管产生的粒子束高速轰击靶材表面，产生与射线管靶材有关的特定波长的X射线；S2:X射线管发出的X射线经X射线出射窗口后照射到样品，所述样品经受X射线激发后产生的荧光经同样的窗口返回到所述分析仪内，被并排设置在X光管一侧的探测器所接收，随后被探测器转换成脉冲电信号，经探测器内的放大器放大成型；S3:探测器内放大器放大后的电信号直接传送入多道电路中，所述多道电路按所述信号的能量强弱区分，多道内部能量脉冲计数器记录数据并上传到所述微处理电脑，所述微处理电脑对接收的数据处理形成能量分析图谱，分析得出具体含有元素的内容及其含量；S4:所述微处理电脑启动GPS接收器进行釆样位置的全球定位，在分析结果报表中自动加入测试样品所在地的精确地理位置信息。该方法中的所述分析仪内还包括干扰光阻断机构，该机构由光闹电气驱动、光闸按钮和光闸组成，所述光闸电气驱动连接在所述微处理电脑和电源装置之间，所述光闸按钮与光闸电气驱动连接后接入光闸并控制所述光闸的开启和关闭。该方法中所述光闸为竖条形状，位于所述X射线出射窗口与X射线管的管口、探测器的探测口之间。该方法中所述X射线出设窗口带有连锁保护机构，所述连锁保护机构为单点接触开关结构，形状为圆形触点，位于所述光闹的前方并与所述光闸电气驱动连接。该方法中所述X射线窗口外部有保护罩，所述保护罩与连锁保护机构以可拆卸的卡口形式连接。该方法中所述X射线出射窗口与所述光闸之间加装有吸收片，在所述分析仪上方插入固定吸收片的插槽，所述吸收片插在所述插槽内。该方法中所述电源装置与多道电路可以封装在一个电源箱中与所述分析仪通过可分离的耐高压接插件连接，所述电源箱内部包括电池、电源转化电路、高压调节档、射线管电源和多道电路，所述电池连接所述电源转化电路，所述电源转化电路分别连接多道电路、射线管电源和光闸电气驱动，所述射线管电源与所述X射线管连接，所述高压调节档连接射线管电源，调节经电源转化电路后的高压电源的电压，所述光闸按钮连接射线管电源，控制高压电源的开启与关断，所述多道电路一端通过电缆连接探测器并自动调节所需要的工作参数，所述多道电路另一端连接微处理电脑传送获取的能谱数据信息。该方法中所述X射线管的靶材为钨靶，所述吸收片为铝吸收片。使用本发明可以快速、可靠、无损样品的测量土壤重金属含量，并实现测试数据和测试地点同时生成，避免人为记录或者统计错误的发生。本发明通过增加GPS定位功能，便于测试数据直接传输到地理信息系统软件上，增强可视化效果，提高分析效率。图l为本发明便携式土壤重金属分析仪仪器内部结构示意图。图中1、连锁保护机构；2、吸收片；3、保护罩；4、光闸；5、X射线管；6、探测器；7、微处理电脑；8、光闸控制按钮；9、光闹电气驱动；10、高压调节档；11、多道电路；12、射线管电源；13、电源转换电路；14、电池；15、GPS接收器；16、X射线出射窗口。具体实施方式以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。如图l所述为本发明便携式土壤重金属分析仪仪器内部结构示意图，本实施例中所述便携式土壤重金属分析仪，该仪器包括X射线管5、X射线出射窗口16,探测器6、微处理电脑7、GPS接收器15和电源装置，所述X射线出射窗口16位于所述分析仪的一侧，所述X射线管5与所述探测仪6在所述分析仪内并排设置且靠近所述X射线出射窗口16，所述X射线管5的管口与所述探测仪6的探测口分别与所述X射线出射窗口16相对，所述X射线管5的另一端与所述电源装置连接，所述探测仪6的另一端与所述微处理电脑7之间连接有多道电路11，所述多道电路ll与电源装置连接，所述微处理电脑7在仪器内，位于所述分析仪的正后方，所述微处理电脑7有CF卡插槽，所述GPS接收器15插入微处理电脑7的所述CF卡插槽中。本实施例中的电源装置和多道电路ll可以封装在一个电源箱中与分析仪通过可分离的耐高压接插件连接，电源箱内部包括电池14、电源转化电路13、高压调节档IO、射线管电源12和多道电路11，电池14连接电源转化电路13,电源转化电路13分别连接多道电路11、射线管电源12和光闹电气驱动9，射线管电源12与X射线管5连接，高压调节档10连接射线管电源12，调节经电源转化电路后13的高压电源的电压，光闸按钮8连接射线管电源12,控制高压电源的开启与关断，多道电路11一端通过电缆连接探测器6并自动调节所需要的工作参数，多道电路11另一端连接微处理电脑7传送获取的能谱数据信息。电源箱与便携装置的高压连接设计釆用可分离的耐高压接插件，便于今后更换部件；两个分离部分的整体外观结构风格一致，内部功能部件分配合理，同时保证X射线的卫生安全和高压电源的接地可靠与安全。本实施例中GPS模块15是CF(CompactFlash)卡接口的，可以直接插入微处理电脑7的CF卡插槽中。本实施例中微处理电脑7设计在便携装置上后方，便于操作及观察测试过程与输出结果。本实施例中仪器内还包括干扰光阻断机构，该机构由光闸电气驱动9、光闸按钮8和光闸4组成，光闸电气驱动9连接在微处理电脑7和电源装置之间，光闸按钮8与光闸电气驱动9连接后接入光闸4并控制光闸4的开启和关闭。本实施例中光闸4为竖条形状，位于X射线出射窗口16与X射线管5的管口、探测器6的探测口之间。本实施例中X射线出设窗口带有连锁保护机构1,连锁保护机构l为单点接触开关结构，形状为圆形触点，位于光闸4的前方并与光闸电气驱动9连接，其主要作用是防止X射线在未进行测量工作时直射出探测窗口，造成不必要的泄漏。另外，便携式仪器功率非常小，所产生的射线发射剂量本身就很微弱，只要在探测窗口结构上稍加有效屏蔽即可保证彻底安全。本实施例中X射线窗口外部有保护罩3,保护罩3与连锁保护机构1以可拆卸的卡口形式连接，保护罩3的主要作用是防止在对表面不规则样品进行测量时，沿射线出射垂直方向有散射X射线的泄漏，以免对操作人员造成不必要的照射。本实施例中x射线出射窗口1与X射线光束同轴，安全光闸机构l和4设于X射线管5以及探测器6之间。X射线从射线管发出后经铝质导光管射向样品，无散射X线影响测量结果。下面结合该实施例的具体工作过程和工作原理。本实施例中光源的产生是由与X射线管5连接的高稳定的高压电源发生装置即射线管电源12控制X射线管5的对地电压与灯丝电流，X射线管5产生的粒子束高速轰击靶材表面，产生与X射线管5靶材有关的特定波长的X射线。靶材的选择主要根据仪器所需要分析的主要元素序号来确定，因为波长不同的X射线对于激发元素的荧光现象是不一致的，产生的不同线系荧光可能会互相干扰或影响测量。具体的选择办法是根据特征激发能量的数表査找并比较，选择合适的靶材，本发明设计X射线管5的靶材选定的是钨靶，对于电子电气设备中限制使用某些有害物质指令制定检测的元素分析效果都比较一致，由于钨靶特征的X射线能量范围的原因，在单独测Cr元素时，需要在分析仪内X射线出射窗口16与光闸4之间加Al吸收片2对锡线系高能部分作一定的吸收，才可以有较好的分辨效果。本实施例中X射线出射窗口16与X射线光束同轴，X射线从射线管5发出后经铝质导光管射向样品，无散射X线影响测量结果，X射线在照射到样品之后所激发的荧光经同样的X射线出射窗口16返回仪器，立即被并排设置在X射线管5—侧的探测器6所接收，随后被探测器6转换成核电子学意义上的脉冲电信号，经探测器内的放大器放大成型，探测器6内放大器放大后的电信号经电缆直接传送入多道电路ll中，多道电路ll按所述信号的能量强弱区分，多道内部能量脉冲计数器记录数据并上传到微处理电脑7中的PC控制软件，该软件对接收的数据处理形成能量分析图谱，分析得出具体含有元素的内容及其含量。表l为本发明的测试运算过程中定位信息和测量结果同时生成的测量结果报告，利用本发明可以同时得土壤样品中的原子序数、元素名称、主峰强度、元素含量、时间、曰期、经度和纬度。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>本实施例釆用传统x射线能谱仪原理，设计专门用于土壤样品有害元素分析的便携式x射线荧光分析仪，在硬件结构上加入便携式微处理电脑(PDA)和全球卫星定位接收器(GPS)，本实施例中釆用了CF卡接口的GPS模块，可以方便地插入微处理电脑的CF卡插槽中。在X射线荧光分析仪应用软件上加入位置搜索功能，在分析结果报表中由软件自动加入测试样品所在地的精确地理位置信息。集成以上功能后，本实施例将具备土壤有害元素成分测试和同时记录釆样地点精确信息的全新功能。本发明不仅可以实现对土壤样品进行现场无损快速定性定量检测，而且样品的位置数据也一并生成，使土壤样品中的重金属分析更加简便，快捷。本发明所述的一种能够进行釆样位置全球定位的便携式土壤重金属分析仪的优点在于它内置的GPS系统能进行釆样位置的全球定位，并且位置信息和测量数据同时生成，避免了人工记录和统计的错误，方便野外环境下对现场土壤重金属的实地测量。以上为本发明的最佳实施方式，依据发明公开的内容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到的一些雷同、替代方案，均应落入本实发明保护的范围。权利要求1、一种便携式土壤重金属分析仪，其特征在于该仪器包括X射线管(5)、X射线出射窗口(16),探测器(6)、微处理电脑(7)、GPS接收器(15)和电源装置，所述X射线出射窗口(16)位于所述分析仪的一侧，所述X射线管(5)与所述探测仪(6)在所述分析仪内并排设置且靠近所述X射线出射窗口(16),所述X射线管(5)的管口与所述探测仪(6)的探测口分别与所述X射线出射窗口(16)相对，所述X射线管(5)的另一端与所述电源装置连接，所述探测仪(6)的另一端与所述微处理电脑(7)之间连接有多道电路(11)，所述多道电路(11)与电源装置连接，所述微处理电脑(7)在仪器内，位于所述分析仪的正后方，所述微处理电脑(7)有CF卡插槽，所述GPS接收器(15)插入微处理电脑(7)的所述CF卡插槽中。2、如权利要求1所述的便携式土壤重金属分析仪，其特征在于所述分析仪内还包括干扰光阻断机构，该机构由光闸电气驱动(9)、光闸按钮(8)和光闸(4)组成，所述光闹电气驱动(9)连接在所述微处理电脑(7)和电源装置之间，所述光闸按钮(8)与光闸电气驱动(9)连接后接入光闹(4)并控制所述光闲(4)的开启和关闭。3、如权利要求1所述的便携式土壤重金属分析仪，其特征在于所述光闸(4)为竖条形状，位于所述X射线出射窗口(16)与X射线管(5)的管口、探测器(6)的探测口之间。4、如权利要求1所述的便携式土壤重金属分析仪，其特征在于所述X射线出设窗口带有连锁保护机构(1)，所述连锁保护机构(1)为单点接触开关结构，形状为圆形触点，位于所述光闸(4)的前方并与所述光闹电气驱动(9)连接。5、如权利要求l所述的便携式土壤重金属分析仪，其特征在于所述X射线窗口外部有保护罩(3)，所述保护罩(3)与连锁保护机构(1)以可拆卸的卡口形式连接。6、如权利要求1所述的便携式土壤重金属分析仪，其特征在于所述X射线出射窗口(16)与所述光闸(4)之间加装有吸收片(2)，在所述分析仪上方插入固定吸收片(2)的插槽，所述吸收片(2)插在所述插槽内。7、如权利要求l所述的便携式土壤重金属分析仪，其特征在于所述电源装置与多道电路(ll)可以封装在一个电源箱中与所述分析仪通过可分离的耐高压接插件连接，所述电源箱内部包括电池(14)、电源转化电路(13)、高压调节档(IO)、射线管电源(12)和多道电路(ll)，所述电池(14)连接所述电源转化电路(13)，所述电源转化电路(13)分别连接多道电路(11)、射线管电源(12)和光闹电气驱动(9)，所述射线管电源(12)与所述X射线管(5)连接，所述高压调节档(10)连接射线管电源(12)，调节经电源转化电路后(13)的高压电源的电压，所述光闸按钮(8)连接射线管电源(12),控制高压电源的开启与关断，所述多道电路(ll)一端通过电缆连接探测器(6)并自动调节所需要的工作参数，所述多道电路(11)另一端连接微处理电脑(7)传送获取的能谱数据信息。8、如权利要求l所述的便携式土壤重金属分析仪，其特征在于所述X射线管(5)的靶材为锡靶。9、如权利要求6所述的便携式土壤重金属分析仪，其特征在于所述吸收片(2)为铝吸收片。10、一种便携式土壤重金属分析仪分析土壤重金属成份和含量的方法，该分析仪包括X射线管(5)、X射线出射窗口(16)，探测器(6)、微处理电脑(7)、GPS接收器(15)和电源装置，所述X射线出射窗口(16)位于所述分析仪的一侧，所述X射线管(5)与所述探测仪(6)在所述分析仪内并排设置且靠近所述X射线出射窗口(16)，所述X射线管(5)的管口与所述探测仪(6)的探测口分别与所述X射线出射窗口(16)相对，所述X射线管(5)的另一端与所述电源装置连接，所述探测仪(6)的另一端与所述微处理电脑(7)之间连接有多道电路(11)，所述多道电路(11)与电源装置连接，所述微处理电脑(7)在仪器内，位于所述分析仪的正后方，所述微处理电脑(7)有CF卡插槽，所述GPS接收器(15)插入微处理电脑(7)的所述CF卡插槽中，其特征在于，该方法包括以下步骤Sl:与X射线管(5)连接的电源装置控制X射线管(5)的对地电压与灯丝电流，X射线管(5)产生的粒子束高速轰击靶材表面，产生与射线管靶材有关的特定波长的X射线；S2:X射线管(5)发出的X射线经X射线出射窗口(16)后照射到样品，所述样品经受X射线激发后产生的荧光经同样的窗口(16)返回到所述分析仪内，被并排设置在X光管一侧的探测器(6)所接收，随后被探测器转换成脉冲电信号，经探测器(6)内的放大器放大成型；S3:探测器(6)内放大器放大后的电信号直接传送入多道电路(11)中，所述多道电路(11)按所述信号的能量强弱区分，多道内部能量脉冲计数器记录数据并上传到所述微处理电脑(7),所述微处理电脑(7)对接收的数据处理形成能量分析图谱，分析得出具体含有元素的内容及其含量；S4:所述微处理电脑(7)启动GPS接收器(15)进行釆样位置的全球定位，在分析结果报表中自动加入测试样品所在地的精确地理位置信息。11、如权利要求IO所述的便携式土壤重金属分析仪分析土壤重金属成份和含量的方法，其特征在于所述分析仪内还包括干扰光阻断机构，该机构由光闸电气驱动(9)、光闸按钮(8)和光闸(4)组成，所述光闸电气驱动(9)连接在所述微处理电脑(7)和电源装置之间，所述光闸按钮(8)与光闸电气驱动(9)连接后接入光闸(4)并控制所述光闸(4)的开启和关闭。12、如权利要求IO所述的便携式土壤重金属分析仪分析土壤重金属成份和含量的方法，其特征在于所述光闸(4)为竖条形状，位于所述X射线出射窗口(16)与X射线管(5)的管口、探测器(6)的探测口之间。13、如权利要求IO所述的便携式土壤重金属分析仪分析土壤重金属成份和含量的方法，其特征在于所述X射线出设窗口带有连锁保护机构(1)，所述连锁保护机构(1)为单点接触开关结构，形状为圆形触点，位于所述光闸(4)的前方并与所述光闸电气驱动(9)连接。14、如权利要求IO所述的便携式土壤重金属分析仪分析土壤重金属成份和含量的方法，其特征在于所述X射线窗口外部有保护罩(3),所述保护罩(3)与连锁保护机构(1)以可拆卸的卡口形式连接。15、如权利要求IO所述的便携式土壤重金属分析仪分析土壤重金属成份和含量的方法，其特征在于所述X射线出射窗口(16)与所述光闸(4)之间加装有吸收片(2),在所述分析仪上方插入固定吸收片(2)的插槽，所述吸收片(2)插在所述插槽内。16、如权利要求IO所述的便携式土壤重金属分析仪分析土壤重金属成份和含量的方法，其特征在于所述电源装置与多道电路(11)可以封装在一个电源箱中与所述分析仪通过可分离的耐高压接插件连接，所述电源箱内部包括电池(14)、电源转化电路(13)、高压调节档(10)、射线管电源(12)和多道电路(11)，所述电池(14)连接所述电源转化电路(13),所述电源转化电路(13)分别连接多道电路(11)、射线管电源(12)和光闸电气驱动(9)，所述射线管电源(12)与所述X射线管(5)连接，所述高压调节档(10)连接射线管电源(12),调节经电源转化电路后(13)的高压电源的电压，所述光闸按钮(8)连接射线管电源(12),控制高压电源的开启与关断，所述多道电路(11)一端通过电缆连接探测器(6)并自动调节所需要的工作参数，所述多道电路(11)另一端连接微处理电脑(7)传送获取的能谱数据信息。17、如权利要求IO所述的便携式土壤重金属分析仪分析土壤重金属成份和含量的方法，其特征在于所述X射线管(5)的靶材为钨乾。18、如权利要求15所述的便携式土壤重金属分析仪分析土壤重金属成份和含量的方法，其特征在于所述吸收片(2)为铝吸收片。全文摘要本发明涉及一种便携式土壤重金属分析仪器，该仪器包括X射线管、X射线出射窗口、探测器、微处理电脑、GPS接收器和电源装置，微处理电脑有CF卡插槽，所述GPS接收器插入微处理电脑的所述CF卡插槽中，测量时X射线管发射X射线，探测接收X射线激发样品所产生的荧光，处理后由微处理电脑进行能量谱分析，得出具体含有元素的内容及其含量，微处理电脑内置的GPS系统能进行采样位置的全球定位，并且位置信息和测量数据同时生成。本发明避免了人工记录和统计的错误，相比传统测定方法提高效率数倍，而且不产生对环境有害的物质，可大面积、快速、无损田间土壤进行重金属测试。文档编号G01N23/223GK101144786SQ200710175770公开日2008年3月19日申请日期2007年10月11日优先权日2007年10月11日发明者刘良云,吴文彪,刚孙,潘瑜春,王纪华,王鹏飞,赵春江,郑文刚,马智宏,黄文江申请人:北京农业信息技术研究中心