一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种离子浓度检测系统，尤其涉及一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动 检测方法，属于自动检测控制领域。
【背景技术】
[0002] 重金属指比重大于5的金属，（一般指密度大于4. 5克每立方厘米的金属）约有 45种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等.尽管锰、铜、锌等重金属是生命活 动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重 金属超过一定浓度都对人体有毒。
[0003] 如汞中毒的临床表现有，全身症状为头痛、头昏、乏力、发热.口腔及消化道症状 表现为齿龈红肿酸痛、糜烂出血、牙齿松动、龈槽溢脓，口腔有臭味，并有恶心、呕吐、食欲 不振、腹痛、腹泻.皮肤接触可出现红色斑丘瘆，以四肢及头面部分布较多。少数患者可有 肾损害，个别严重者可有咳嗽、胸痛、呼吸困难、绀紫等急性间质性肺炎的表现。
[0004] 农用土壤是受人类活动强烈影响的一类特殊土壤，其环境质量与人们的身体健康 密切相关。土壤污染源主要来自工业"三废"和农药、化肥的大量使用，污染物可通过灌溉 水进人土壤，也可通过大气污染、空中的颗粒物（含重金属和致癌物质等）干湿沉降造成土 壤污染，随着时间的推移，农田表层土壤铅、铜、锌、汞等重金属含量有增加的趋势。由于农 作物的吸收作用，重金属元素从土壤中迀移转化到农作物根茎叶及果实中去，从而连带造 成农作物的重金属污染，危及人们的健康水平。因此，如何快速而又简便地实现蔬菜生产基 地土壤重金属含量的在线测量成为了一个至关重要的现实问题。
[0005] 例如申请号为"201320688736. 3"的一种区域水环境重金属监测系统，该系统包括 监测管理系统和经GPRS与之相联的多个监测终端。监测管理系统中心处理器连接数据收 发、数据分析处理和数据库管理模块，还连接显示器/用户终端，数据收发模块连接存储各 监测终端的GPS、GIS以及相关重金属浓度的数据库。各监测终端的主控模块包括嵌入式处 理器及时钟和GPRS子模块，检测模块包括温度传感器和重金属电化学传感器阵列。运行时 监测终端所测水环境的温度和重金属浓度发送到监测管理系统存储并显示。数据分析处理 模块将其与标准值和历史数据对比，当为污染水质或某种重金属浓度突升则报警。该系统 在检测精度和方式上有待进一步提升。
[0006] 又如申请号为"201410291064. 1"的一种二次加样重金属离子浓度测试方法，包括 如下步骤：对水样进行预处理；配制重金属离子浓度为Cs的标准样品溶液和电解液；电解 槽中加入体积为V0的电解液，电解槽中加入体积为Vx的水样，从电流-电压曲线上得到对 应的峰高hi ;电解液中加入体积为Vx的水样，从电流-电压曲线上得到对应的峰高h2 ;电 解槽中加入体积为Vs的标准样品，从电流-电压曲线得到对应的峰高h3 ;重金属离子浓度 采用三点算法计算，得到重金属离子浓度Cx，并且计算平均误差。该发明解决峰高-浓度曲 线不过坐标零点的问题，减少峰高-浓度曲线的非线性对测量结果的影响。该发明成本较 高，操作复杂，在检测方式上有待进一步提升。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是针对【背景技术】的不足提供了一种蔬菜基地汞金属 离子浓度自动检测方法，能够实现对重金属离子浓度的测量、显示和存储。
[0008] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0009] 一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动检测方法，具体包含如下步骤：
[0010] 步骤1，采集蔬菜基地汞金属离子电极产生的汞金属离子电压信号；
[0011] 步骤2,根据步骤1采集的汞金属离子电压信号得出汞金属离子膜电势；
[0012] 步骤3,根据汞金属离子膜电势的实际值即可得出汞金属离子浓度，具体计算为：
[0014] 其中：EM为汞金属离子的膜电势；R为气体常数；E。为汞金属离子的初始电势，T为 绝对温度；F为法拉第常数；Zi为汞金属离子的电荷数；ai为待测汞金属离子活度；
[0015] 步骤4,将步骤3计算出的采金属离子浓度通过显示模块实时显示。
[0016] 作为本发明一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动检测方法的进一步优选方案，在步 骤1中，采用电化学传感器采集蔬菜基地汞金属离子电极产生的汞金属离子电压信号。[0017] 作为本发明一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动检测方法的进一步优选方案，所述 汞金属离子电荷数为1。
[0018] 作为本发明一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动检测方法的进一步优选方案，在步 骤4中，所述显示模块采用IXD显示屏。
[0019] 作为本发明一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动检测方法的进一步优选方案，所述 电化学传感器采用蓄电池进行供电。
[0020] 本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
[0021] 1、本发明方法简单、易于实现且能够自动测量物体的宽和高，节省了人力；
[0022] 2、本发明能够利用电势测定法的电化学响应性能，并结合一元线性回归建立电极 电势与离子浓度的数学模型，实现了对离子浓度的测量、显示和存储。
【具体实施方式】
[0023] 下面对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0024] 一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动检测方法，具体包含如下步骤：
[0025] 步骤1，采集蔬菜基地汞金属离子电极产生的汞金属离子电压信号；
[0026] 步骤2,根据步骤1采集的汞金属离子电压信号得出汞金属离子膜电势；
[0027] 步骤3,根据汞金属离子膜电势的实际值即可得出汞金属离子浓度，具体计算为：
[0029] 其中：EM为汞金属离子的膜电势；R为气体常数；E。为汞金属离子的初始电势，T为 绝对温度；F为法拉第常数；Zi为汞金属离子的电荷数；ai为待测汞金属离子活度；
[0030] 步骤4,将步骤3计算出的采金属离子浓度通过显示模块实时显示。
[0031] 其中，在步骤1中，采用电化学传感器采集蔬菜基地汞金属离子电极产生的汞金 属离子电压信号，所述汞金属离子电荷数为1，在步骤4中，所述显示模块采用LCD显示屏， 所述电化学传感器采用蓄电池进行供电。
[0032] 所述电化学传感器主要对离子电极产生的电压信号进行采集、滤波和放大，使之 变换成适合A/D转换器的输入信号，并经过A/D转换为数字信号，同时理由温度传感器读取 环境温度信号，二者由单片机读取并处理后，将经温度补偿后的检测结果进行显示、存储、 传输和测量结果打印等操作。检测仪硬件电路主要由离子电极电压信号采集与处理、通信、 电源、存储器和显示等模块组成。
[0033] 一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动检测方法采用AVR系列单片机，其具有预取指 令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内 执行；多累加器型，数据处理速度快;AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条 立交桥，可以快速通行；中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入口地址，可快 速响应中断；AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供 电的应用设备；有的器件最低1. 8V即可工作；AVR单片机保密性能好。
[0034] 一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动检测方法。该系统基于离子选择膜技术，利用 电势测定法研宄ISE的电化学响应性能，并结合一元线性回归建立电极电势与离子浓度的 数学模型。基于AVR单片机和运放器，设计了硬件检测电路和检测程序，实现了对离子浓度 的测量、显示和存储等操作。
[0035] 离子浓度检测单元的原理：离子选择性电极是一种电势型电化学传感器，离子选 择性电极的关键部分是离子选择膜，在离子选择膜上不会发生电子得失，但由于存在离子 浓度差异，在离子选择膜的两侧表面上会发生离子交换，形成浓差膜电势，膜电势与待测溶 液中的特定离子浓度服从能斯特方程如下：
[0037] 能斯特方程即为离子选择性电极的工作原理。由于离子选择性电极内参溶液的离 子活度a/呆持恒定，因此膜电势可以表示为：
[0039] 式中：EM为膜电势（V) ;R = 8. 314X/(K*mol)为气体常数；E。为初始电势，T = t+273. 15为绝对温度（K) ;F为法拉第常数（96487c/mol) &为离子电荷数；ai为待测离子 活度，这样膜电位就成为离子浓度对数的函数。
[0040] 本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括 技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。 还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文 中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0041] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本 领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变 化。
【主权项】
1. 一种蔬菜基地隶金属离子浓度自动检测方法，其特征在于；具体包含如下步骤： 步骤1，采集蔬菜基地隶金属离子电极产生的隶金属离子电压信号； 步骤2,根据步骤1采集的隶金属离子电压信号得出隶金属离子膜电势； 步骤3,根据隶金属离子膜电势的实际值即可得出隶金属离子浓度，具体计算为：其中；Em为隶金属离子的膜电势；R为气体常数；E。为隶金属离子的初始电势，T为绝对 温度；F为法拉第常数為为隶金属离子的电荷数；ai为待测隶金属离子活度； 步骤4,将步骤3计算出的隶金属离子浓度通过显示模块实时显示。2. 根据权利要求1所述的一种蔬菜基地隶金属离子浓度自动检测方法，其特征在于： 在步骤1中，采用电化学传感器采集蔬菜基地隶金属离子电极产生的隶金属离子电压信 号。3. 根据权利要求1所述的一种蔬菜基地隶金属离子浓度自动检测方法，其特征在于： 所述隶金属离子电荷数为1。4. 根据权利要求1所述的一种蔬菜基地隶金属离子浓度自动检测方法，其特征在于： 在步骤4中，所述显示模块采用LCD显示屏。5. 根据权利要求2所述的一种蔬菜基地隶金属离子浓度自动检测方法，其特征在于： 所述电化学传感器采用蓄电池进行供电。
【专利摘要】本发明公开了一种蔬菜基地汞金属离子浓度自动检测方法，采集蔬菜基地汞金属离子电极产生的汞金属离子电压信号，根据步骤1采集的汞金属离子电压信号得出汞金属离子膜电势，根据汞金属离子膜电势的实际值即可得出汞金属离子浓度。
【IPC分类】G01N27/26
【公开号】CN104931552
【申请号】CN201510284218
【发明人】胡国良
【申请人】苏州合欣美电子科技有限公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年5月29日