[發明專利]土壤紅外光聲光譜快速測定儀及其土壤理化性質測定方法

有效

• 申請號: 201310529607.4
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103592225A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 杜昌文;王嬌;周健民
• 申請（專利權）人: 中國科學院南京土壤研究所
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/359;G01N21/01
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 栗仲平

技術領域

本發明屬于測量儀器技術領域，具體涉及一種土壤紅外光聲光譜快速測定儀。本發明還涉及該土壤紅外光聲光譜快速測定儀的土壤理化性質快速測定方法。

背景技術

土壤研究是一項重要但復雜的工作，傳統的土壤理化性質分析都是利用化學方法，不僅費時費力，而且在一定程度上破壞了土壤樣品，忽略了土壤作為一個整體其內部的復雜相互作用，從而導致測定結果與真實值之間存在一定偏差。為了更好的認識和利用土壤資源，需要應用以土壤整體為研究對象的分析方法，紅外光譜技術的出現為土壤研究提供了有力支撐。紅外光譜技術能夠實現對土壤組分的測定是基于不同物質的功能基團對特定波長的吸收，結合不同基團的振動基頻解析光譜，對土壤不同組分進行定性及定量分析。

紅外透射光譜的出現最早，并逐漸得到了廣泛的應用，它直接測量樣品的紅外吸收強度，較好的應用于土壤定性分析。但由于土壤的透射度很低，這種方法難以實現對土壤的定量分析，因此紅外反射光譜技術又被進入到土壤研究領域。紅外反射光譜又可以分為鏡面反射光譜、漫反射光譜和衰減全反射光譜等不同技術，根據研究對象采用不同的紅外反射光譜技術實現了對土壤肥力、有機質以及化學機理等多方面的研究分析，雖然紅外反射光譜在土壤學中應用廣泛，仍存在很多問題，例如靈敏度不高，準確度相對較低等。

紅外光聲光譜的出現克服了紅外透射光譜和紅外反射光譜技術中的許多困難，測定無需樣品前處理，對樣品不產生任何損耗，且測量靈敏度高，光譜穩定性好，能夠同時分析多種物質，在土壤學研究領域有巨大的應用潛力。

紅外光譜區根據波長可分為遠紅外、中紅外和近紅外不同區域，其中近紅外區段的光譜能量高，對特征基團有較好的激發作用，因此在土壤肥力和結構性質研究中應用廣泛。

利用近紅外光聲光譜技術，能夠獲得精密的土壤近紅外光聲光譜圖，結合數學分析方法，從而實現對土壤多組分的定性和定量分析，是土壤研究中一項快速、準確、環保的技術手段。

發明內容

本發明的目的在于提供一種測量快速、靈敏度高、檢測限低、對樣品無破壞性的土壤紅外光聲光譜快速測定儀，能克服傳統化學分析方法操作復雜、對樣品有損分析的問題。本發明還涉及該土壤紅外光聲光譜快速測定儀的土壤理化性質快速測定方法。

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完成上述發明任務的技術方案是，一種土壤近紅外光聲光譜快速測定儀，設有光源發生器、光柵、單色儀與光學斬波器；其特征在于，應用了光聲附件（或反射光纖附件），該光聲附件（或反射光纖附件）通過硬質膠管連接高純氦氣罐，同時，該光聲附件（或反射光纖附件）的進光口與所述單色儀出光口位于同一水平面光軸上；該光聲附件（或反射光纖附件）的輸出與所述光學斬波器的輸出均連接鎖相放大器，鎖相放大器連接計算機，進而通過斬波器調節入射光的調制頻率，并結合入射光波長的選擇與優化，實現不同土壤理化性質的快速測定。

換言之，本發明提出的一種土壤近紅外光聲光譜快速測定儀，主要包括光源發生器、光學斬波器、單色儀、光聲附件、手動升降臺、計算機、鎖相放大器，光源發生器連接穩流電源，與單色儀固定于基座上；光聲附件（或反射光纖附件）進光口與單色儀出光口位于同一水平面，通過硬質膠管連接高純氦氣罐，并與鎖相放大器和計算機相連；鎖相放大器連接計算機。

本發明中，光學斬波器包括光柵和脈沖控制器，光柵位于光源發生器的出光口，對準單色儀的進光口，脈沖控制器分別與光柵和鎖相放大器相連。

本發明中，光聲附件（或反射光纖附件）固定在手動升降臺上面。

完成本申請第二個發明任務的技術方案是，上述土壤近紅外光聲光譜快速測定儀的土壤快速測定方法，其特征在于，步驟如下：

⑴.適量土壤樣品放入光聲池（光聲池中裝入不超過2/3高度且覆蓋底部的土壤樣品）；

⑵.若附件為光聲附件，將光聲附件調至吹掃模式，打開高純氦氣閥門，用高純氦氣吹掃，去除光聲池內的水蒸氣和二氧化碳；

若附件為光纖反射附件，則用高純氮吹掃，去除光路中的水和二氧化碳；

⑶.隨后立即密封光聲池；

⑷.打開光源，其發出的白光在光學斬波器和光柵的作用下變為可調制的近紅外光；

⑸.光聲池內的土壤樣品吸收特定波長的近紅外光而產生熱量，并傳導給樣品周圍的氦氣引起周期性的壓力波動；

⑹.該周期性的壓力波動經過鎖相放大器顯示為壓力信號值后在計算機中以光譜的形式顯示出來。