一种土壤重金属的检测装置及其检测方法与流程

本发明实施例涉及土壤中重金属的检测技术领域，具体涉及一种土壤重金属的检测装置及其检测方法。

背景技术：

食品质量控制是一项涉及多方面的系统工程，不仅包括农作物本身生长过程中人为施加的农药等，还包括农作物生长所依赖的大气、土壤和水源等各个方面。而土壤作为农作物生长的重要源头，其中含有的重金属会跟随农作物生长过程积蓄在农作物中，并通过食物链进入其他动物和人类的体内，长期的蓄积更是会给人体健康造成极大的危害。

现有对土壤中重金属的检测一般分为需要对土壤进行预处理和无需对土壤进行预处理两种。需要对样品进行预处理的方式，例如分光光度法等，其预处理方式一般是对土壤预先进行消解，这样的操作不仅需要大量使用强酸，导致对设备要求高，且操作过程中难度大，危险性高，因此，一般都只能在实验室中进行；而无需对样品进行预处理的方式，例如激光诱导光谱法等，虽然操作相对简单，然而，往往都是对表层土壤进行相应的检测，并且，由于各处土壤本身物理性质上的差异，导致对土壤的检测数据不够准确。

而现有技术中虽然有对土壤进行多层采样混合的方式，然而，这种方式一般都需要人工采样，并且，在采集后的样品的处理中也会因操作人员的不同而导致结果差异性较大。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种土壤重金属的检测装置及其检测方法，通过取样处理机构、压片机构和检测机构的配合设置，实现取样、压片到检测的一体化过程；同时，基于取样处理机构中多个取样部件的设置，在选定的区域中能够均匀采集样品，提高样品的代表性，并通过推进筛挤一体结构对混合后的土壤样品进一步的处理，解决了土壤的不均衡性导致的同一区域多次采样的不准确性，并进一步通过分样机构的再次分样，有效提高数据检测过程的有效性。

为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：

在本发明实施例的一个方面，提供了一种土壤重金属的检测装置，包括取样处理机构、压片机构和检测机构，所述取样处理机构的样品输出端与所述压片机构连接，所述检测机构设置在所述压片机构上；其中，

所述取样处理机构包括用于在某个土壤区域定点获取多个土壤样品的取样部件，用于汇集自所述取样部件不断输入的所述土壤样品的处理腔，以及用于对所述处理腔处理后的所述土壤样品进行分样的分样机构；

在所述处理腔内设置有用于将土壤样品自所述取样部件输送至所述分样机构的推进筛挤一体结构，在所述推进筛挤一体结构上侧向连接有用于带动所述推进筛挤一体结构转动的联动机构，在所述处理腔的侧壁设置有供所述联动机构转动的密封轨道结构，所述联动机构穿过所述密封轨道结构至所述处理腔外，且所述联动机构在所述密封轨道结构上绕所述处理腔周向运动。

作为本发明的一种优选方案，所述推进筛挤一体结构包括自所述取样部件至所述分样机构方向设置的转动杆，所述转动杆通过所述联动机构与所述处理腔内壁相对固定，在所述转动杆上设置有多个混切螺旋，相邻两个所述混切螺旋之间形成自挤压区。

作为本发明的一种优选方案，每个所述混切螺旋包括沿所述转动杆轴向顺次设置并用于对所述土壤样品进行破碎的螺旋破碎段，以及用于对所述土壤样品进行分段细化的螺旋细化段；其中，

所述螺旋细化段沿螺旋传递方向间隔形成为多个通路逐渐减小，且侧壁用于对所述土壤样品进行交错挤压的交错挤压结构。

作为本发明的一种优选方案，所述螺旋破碎段包括设置于所述转动杆上且沿螺旋方向顺次间隔设置的多段破碎螺旋弧，且相邻的两个所述破碎螺旋弧在轴线方向上形成有具有间隙的重叠部；

所述螺旋细化段包括设置于所述转动杆上且形成有螺旋形通路的螺纹段，每个所述交错挤压结构包括沿所述螺纹段延伸设置且形成为锥形通路的锥筒，以及自所述锥筒的端面延伸连接于所述螺纹段上的环形围板，且所述锥筒、所述环形围板和所述螺纹段之间围合形成为空腔，所述锥筒的侧壁上形成有贯通的第一挤压通道，位于所述螺纹段延伸方向的前端的所述环形围板上形成有多个第二挤压通道，所述锥筒的侧壁中朝向所述锥形通路的侧面还交错排布有凸起高度不完全相同的挤压凸条。

作为本发明的一种优选方案，所述自挤压区中设置有沿与所述处理腔的轴线方向相垂直的方向自转的自挤压件；

所述自挤压件包括通过转矩切换件连接于所述转动杆上的自转杆，以及自所述自转杆的外侧面沿所述处理腔的轴线方向延伸形成的多块波浪形自挤压板；

所述转矩切换件用于将所述转动杆的转矩变向后作用于所述自转杆上，每块所述波浪形自挤压板上形成有多条斜向设置的延伸孔道。

作为本发明的一种优选方案，所述转动杆与所述自转杆相垂直设置，且所述转动杆贯穿所述自转杆且同中心设置，所述转动杆的外表面上套接有第一锥齿轮，所述自转杆的内表面上设置有与所述第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，且所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮的轴线形成为90°的夹角；

每块所述波浪形自挤压板上的延伸孔道的轴线自所述取样部件至所述分样机构斜向上或斜向下延伸设置；

相邻的两块所述波浪形自挤压板上的延伸孔道的朝向不同。

作为本发明的一种优选方案，所述联动机构包括与所述转动杆相连的至少一组连杆结构，以及自所述连杆结构延伸至所述处理腔外部的手转杆；

所述密封轨道结构包括设置于所述处理腔侧壁上的环形密封圈，以及嵌合设置于所述环形密封圈中且用于在所述环形密封圈中沿周向方向自转的环形转动胶圈，所述手转杆贯穿所述环形转动胶圈。

作为本发明的一种优选方案，每组所述连杆结构至少包括自所述转动杆斜向外延伸的多根稳固杆，且多根所述稳固杆之间通过环形连接圈连接，所述手转杆连接设置于所述环形连接圈上；

所述处理腔上还连接有用于固定所述处理腔的安装底座。

在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种基于上述所述检测装置的土壤重金属的检测方法，包括：

步骤100、在被检测土壤区域选定多个完全相同的采样区域，在每个采样区域上标记一个采样中心；

步骤200、在每个所述采样区域以采样中心为基准采样点，且围绕所述基准采样点以相同的采样点分布选定多个外围采样点进行采样；

步骤300、在每个所述采样区域的每个采样点获取的所有单元土壤样品在密闭环境挤压汇集至密闭的处理腔体形成用于代表一个采样区域的标准土壤样品；

步骤400、标准土壤样品在处理腔中随着推进筛挤一体结构的转动，交替完成样品搅碎和样品挤压多个循环，最终送入分样机构分为若干个标准土壤样品单元，再进行压片制取多个样品压片进行检测以获取每一个样品压片中的重金属含量；

步骤500，对多个样品压片获取的重金属含量数据进行分析处理，获取对应采样区域的土壤样品含量。

作为本发明的一种优选方案，步骤100具体包括：在选定采样区域后，针对某一个所述采样区域，将取样部件的中心与标记的采样中心对应设置；

步骤200具体包括：在将取样部件的中心与采样中心对应后，以围绕取样部件的中心围绕设置的外部取样通道对外围采样点进行采样；

步骤400中，所述分样机构包括能够沿压片方向移动的承载腔，且当土壤样品进入分样机构中形成为标准土壤样品单元后，称重机构通过沿压片方向顶升所述承载腔对承载腔中的标准土壤样品单元进行称量后，压片机构沿压片方向按压所述承载腔中的标准土壤样品单元，完成样品压片的制作；

步骤500中的数据分析处理过程具体包括：对得到的每个样品压片中的重金属含量进行收集，剔除最高值和最低值后，求平均值，以平均值所在的直线作为比对线，以0刻度线和平均值的两倍所在的直线作为界线，对剔除最高值和最低值后的重金属含量绘制曲线，当整条曲线位于两条界线之间，则判定数据可信，将平均值作为对应采样区域的土壤样品中的重金属含量值。

本发明的实施方式具有如下优点：

1)基于分→集→分的操作模式，先对取样处的土壤进行分区取样，不仅可以将取样口设计较小，避免获取土壤中的非土壤大块物品(例如，石头等)对取样和后期监测的影响，同时，分区采集的方式也能够提高取样的有效性，大大避免取样过程中局部取样的局限性，避免了取样对数据的影响；再将多个样本进行汇集，不仅提高后期破碎的有效性，也能够使整个采集的土壤更加均衡，提高最终制取的压片结构的均衡性；在进一步将其进行分样，通过分样检测，提高数据收集的准确性；

2)在整个取样过程中，基于取样处理机构对多个土壤样品的汇集，保证每次采样的最终检测样品的有效性，且通过机械化采集样品，大大提高采集效率；

3)通过设置处理腔，并在处理腔中设置多组推进筛挤一体结构，使得土壤样品在推进过程中同时进行筛分挤压处理，并且，基于联动机构的设置，使得能够通过自主调节联动机构的转动速率进一步调节土壤样品的推进速度，针对性地根据不同区域的土壤针对性调节；

4)整个装置无需用到大型或是复杂的自动设备，大大提高了可操作性，进一步扩大了在野外或是恶劣环境下的使用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的土壤重金属的检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的混切螺旋的局部剖视图；

图3为本发明实施例提供的锥筒的局部剖视图；

图4为本发明实施例提供的波浪形自挤压板的局部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的密封轨道结构的局部剖视图。

图中：

1-取样部件；2-处理腔；3-分样机构；

11-推进筛挤一体结构；12-联动机构；13-密封轨道结构；

111-转动杆；112-混切螺旋；113-自挤压区；

1121-螺旋破碎段；1122-螺旋细化段；1123-破碎螺旋弧；1124-锥筒；1125-环形围板；1126-第一挤压通道；1127-第二挤压通道；1128-挤压凸条；

1131-自转杆；1132-波浪形自挤压板；1133-延伸孔道；

121-连杆结构；122-手转杆；

1211-稳固杆；1212-环形连接圈；

131-环形密封圈；132-环形转动胶圈；

21-安装底座。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，本发明提供了一种土壤重金属的检测装置，包括取样处理机构、压片机构和检测机构，所述取样处理机构的样品输出端与所述压片机构连接，所述检测机构设置在所述压片机构上；其中，

所述取样处理机构包括用于在某个土壤区域定点获取多个土壤样品的取样部件1，用于汇集自所述取样部件1不断输入的所述土壤样品的处理腔2，以及用于对所述处理腔2处理后的所述土壤样品进行分样的分样机构3；

在所述处理腔2内设置有用于将土壤样品自所述取样部件1输送至所述分样机构3的推进筛挤一体结构11，在所述推进筛挤一体结构11上侧向连接有用于带动所述推进筛挤一体结构11转动的联动机构12，在所述处理腔2的侧壁设置有供所述联动机构12转动的密封轨道结构13，所述联动机构12穿过所述密封轨道结构13至所述处理腔2外，且所述联动机构12在所述密封轨道结构13上绕所述处理腔2周向运动。

当然，需要说明的是，这里的取样部件1中用于插入土壤中的一端可以进一步设置为尖端，取样部件1可以包括多个取样管，每个取样管的取样端为尖端，同时，多个取样管可以均分设置，具体地，可以包括设置于中心位置的取样管，以及沿周向环绕设置于中心位置的取样管周围的外周取样管，通过这样的设置方式，也能够进一步通过取样部件1实现多位置取样，提高对取样区域中选择的取样位置的分开采集，提高采集的有效性。进一步地，每根取样管上可以在侧壁上自上而下顺次设置多个进土通道，以实现在土壤中分层采集后收集的效果，进一步提高采集的土样的有效性。

这里的取样部件1可以进一步可拆卸地设置，以便于其后期的清理等操作。

进一步地，所述推进筛挤一体结构11可以设置为包括自所述取样部件1至所述分样机构3方向设置的转动杆111，所述转动杆111通过所述联动机构12与所述处理腔2内壁相对固定(需要说明的是，这里的相对固定指的是轴向方向保持不变，具体地，转动杆111可以自转，而处理腔2则保持不动，虽然二者在运动状态上存在一定的差异，然而，其整体相对位置仍然保持不变)，在所述转动杆111上设置有多个混切螺旋112，相邻两个所述混切螺旋112之间形成自挤压区113。即通过多个混切螺旋112混切传输的过程中，能够在其中进一步通过自挤压区113的形成完成进一步的挤压，且整个自挤压区113基于相邻的两个混切螺旋112的配合形成，不占用额外的空间，也不额外增加设置区间，进一步提高混样效果。

一种更为优选的实施例中，为了更好地提高细化效果且不额外增设结构，每个所述混切螺旋112包括沿所述转动杆111轴向顺次设置并用于对所述土壤样品进行破碎的螺旋破碎段1121，以及用于对所述土壤样品进行分段细化的螺旋细化段1122；其中，

所述螺旋细化段1122沿螺旋传递方向间隔形成为多个通路逐渐减小，且侧壁用于对所述土壤样品进行交错挤压的交错挤压结构。

进一步地，所述螺旋破碎段1121包括设置于所述转动杆111上且沿螺旋方向顺次间隔设置的多段破碎螺旋弧1123，且相邻的两个所述破碎螺旋弧1123在轴线方向上形成有具有间隙的重叠部；

所述螺旋细化段1122包括设置于所述转动杆111上且形成有螺旋形通路的螺纹段，每个所述交错挤压结构包括沿所述螺纹段延伸设置且形成为锥形通路的锥筒1124，以及自所述锥筒1124的端面延伸连接于所述螺纹段上的环形围板1125，且所述锥筒1124、所述环形围板1125和所述螺纹段之间围合形成为空腔，所述锥筒1124的侧壁上形成有贯通的第一挤压通道1126，位于所述螺纹段延伸方向的前端的所述环形围板1125上形成有多个第二挤压通道1127，所述锥筒1124的侧壁中朝向所述锥形通路的侧面还交错排布有凸起高度不完全相同的挤压凸条1128。

上述整个设置方式不单单从螺旋破碎和细化角度出发，进一步在细化结构上进行设置，经过螺旋形通路的相对颗粒较大的土壤样品能够通过整个通路过程的不断进展，提高其细化程度，并最终通过端面处的环形围板1125上的第二挤压通道1127挤出，而在前期即相对较为细腻的土壤样品，在经过通路组件减小的螺旋段时则会被挤压通过锥筒1124侧壁上的第一挤压通道1126进入空腔，并进一步通过与空腔连通的环形围板1125挤出，从而进行分类挤压，提高挤压和最终成型效果。并且，锥筒1124的侧壁上交错排布高度不完全相同的挤压凸条1128，能够进一步对较大颗粒的土壤样品进行更好的细化，整个结构在不额外增设其他动力装置的前提下，进一步通过结构上的改进，有效针对土壤样品本身性质进行针对性的改进，提高整体的处理效果。

在本发明的另一优选的实施例中，所述自挤压区113中设置有沿与所述处理腔2的轴线方向相垂直的方向自转的自挤压件；

所述自挤压件包括通过转矩切换件连接于所述转动杆111上的自转杆1131，以及自所述自转杆1131的外侧面沿所述处理腔2的轴线方向延伸形成的多块波浪形自挤压板1132；

所述转矩切换件用于将所述转动杆111的转矩变向后作用于所述自转杆1131上，每块所述波浪形自挤压板1132上形成有多条斜向设置的延伸孔道1133。

进一步优选的实施例中，所述转动杆111与所述自转杆1131相垂直设置，且所述转动杆111贯穿所述自转杆1131且同中心设置，所述转动杆111的外表面上套接有第一锥齿轮，所述自转杆1131的内表面上设置有与所述第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，且所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮的轴线形成为90°的夹角；

每块所述波浪形自挤压板1132上的延伸孔道1133的轴线自所述取样部件1至所述分样机构3斜向上或斜向下延伸设置；

相邻的两块所述波浪形自挤压板1132上的延伸孔道1133的朝向不同。

通过自挤压区113中设置的波浪形自挤压板1132的设置，使得土壤样品能够在自挤压板1132中进一步挤压移动，并且，结合延伸孔道1133的进一步设置，使得相邻两块波浪形自挤压板1132的延伸孔道1133的朝向不同，提高在整个挤压传导过程中力的相互冲击，更好地提高其处理效果。

同时，进一步地，这里的所述联动机构12包括与所述转动杆111相连的至少一组连杆结构121，以及自所述连杆结构121延伸至所述处理腔2外部的手转杆122；

所述密封轨道结构13包括设置于所述处理腔2侧壁上的环形密封圈131，以及嵌合设置于所述环形密封圈131中且用于在所述环形密封圈131中沿周向方向自转的环形转动胶圈132，所述手转杆122贯穿所述环形转动胶圈132。每组所述连杆结构121至少包括自所述转动杆111斜向外延伸的多根稳固杆1211，且多根所述稳固杆1211之间通过环形连接圈1212连接，所述手转杆122连接设置于所述环形连接圈1212上；

所述处理腔2上还连接有用于固定所述处理腔2的安装底座21。

这样的设置能够使得整个联动机构12受力均匀，同时，在多根稳固杆1211的设置的基础上，能够更好地保证施力的均匀性，并且降低施力难度，同时，安装底座21的设置可以采用任意合适的方式，只要使得因密封轨道结构13所分隔开的处理腔2能够成为一个稳定的整体即可，仅仅使得环形转动胶圈132能够周向运动，而环形密封圈131保持稳定即可。当然，这里的手转杆122可以根据实际需要设置合适的数量，例如，可以在两端均设置连杆结构121引出，并通过手转杆122控制，降低施力难度，同时多根手转杆122在便于操作的前提下，也可以通过连杆连接并引出至一根，以便于操作人员可以单手操作。

在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种基于上述所述检测装置的土壤重金属的检测方法，包括：

步骤100、在被检测土壤区域选定多个完全相同的采样区域，在每个采样区域上标记一个采样中心；

步骤200、在每个所述采样区域以采样中心为基准采样点，且围绕所述基准采样点以相同的采样点分布选定多个外围采样点进行采样；

步骤300、在每个所述采样区域的每个采样点获取的所有单元土壤样品在密闭环境挤压汇集至密闭的处理腔体形成用于代表一个采样区域的标准土壤样品；

步骤400、标准土壤样品在处理腔中随着推进筛挤一体结构的转动，交替完成样品搅碎和样品挤压多个循环，最终送入分样机构分为若干个标准土壤样品单元，再进行压片制取多个样品压片进行检测以获取每一个样品压片中的重金属含量；

步骤500，对多个样品压片获取的重金属含量数据进行分析处理，获取对应采样区域的土壤样品含量。

具体地，步骤100具体包括：在选定采样区域后，针对某一个所述采样区域，将取样部件的中心(即位于中心位置的采样管)与标记的采样中心对应设置；

步骤200具体包括：在将取样部件的中心与采样中心对应后，以围绕取样部件的中心围绕设置的外部取样通道(即环绕中心采样管外部的采样管)对外围采样点进行采样；

步骤400中，所述分样机构包括能够沿压片方向移动的承载腔，且当土壤样品进入分样机构中形成为标准土壤样品单元后，称重机构通过沿压片方向顶升所述承载腔对承载腔中的标准土壤样品单元进行称量后，压片机构沿压片方向按压所述承载腔中的标准土壤样品单元，完成样品压片的制作；

步骤500中的数据分析处理过程具体包括：对得到的每个样品压片中的重金属含量进行收集，剔除最高值和最低值后，求平均值，以平均值所在的直线作为比对线，以0刻度线和平均值的两倍所在的直线作为界线，对剔除最高值和最低值后的重金属含量绘制曲线，当整条曲线位于两条界线之间，则判定数据可信，将平均值作为对应采样区域的土壤样品中的重金属含量值。

当然，需要说明的是，经过分样机构分样后的土壤样品的重量可以不完全相同，本申请中本质上是基于土壤样品的重量和检测的重金属数据进行换算的，因此，在同一个检测样本中只需要得到这两者的数据即可。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。