[發(fā)明專(zhuān)利]基于可見(jiàn)光近紅外光譜技術(shù)的土壤銅含量估算方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510013946.6
• 申請(qǐng)日: 2015-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104596957A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/31
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/31
• 代理公司: 西安永生專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 61201
• 代理人: 曹宇飛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光譜數(shù)據(jù)的處理和土壤檢測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種基于可見(jiàn)光近紅外光譜技術(shù)的土壤銅含量估算方法。

背景技術(shù)

銅(Cu)是植物中氧化酶或細(xì)胞特定的結(jié)構(gòu)組件所不可缺少的組成部分，銅含量的升高，能夠強(qiáng)烈影響植物中染色質(zhì)(光合作用器官)的生長(zhǎng)和衰老過(guò)程。土壤中銅含量的減少，會(huì)影響植物的光合作用和代謝過(guò)程，而土壤中銅含量的升高，會(huì)導(dǎo)致植物吸收了過(guò)量的銅，使得植物細(xì)胞膜及多種細(xì)胞器的膜系統(tǒng)易受損傷，影響植物的過(guò)合作用過(guò)程。因而，準(zhǔn)確、及時(shí)地估算土壤中的含量顯得尤為重要。

申請(qǐng)?zhí)枮?01310112158.3的發(fā)明公開(kāi)了一種測(cè)定土壤中金屬元素汞的方法，所述測(cè)定法包括以下步驟：(1)預(yù)處理：取未知土壤樣本1g作為試樣，將該待測(cè)試樣浸泡于消解液1中，然后加熱到80℃-100℃之間某一溫度恒溫30分鐘；該消解液1為HNO₃與HCL的混合溶液100mL；再向該混合溶液中加入消解液2,然后加熱到120℃-140℃之間某一溫度恒溫30分鐘,該消解液2是HNO₃與HClO₄的混合溶液100mL；冷卻至室溫后取經(jīng)過(guò)處理過(guò)的試液10ml，用水定容到50ml作為測(cè)定用試液備用；(2)金屬汞元素測(cè)定所需工作曲線的繪制：移取一組已知汞含量的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品，采用步驟(1)預(yù)處理相同的消解方法進(jìn)行消解得到一組均勻的標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品溶液；然后引入到電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀中測(cè)定，繪制測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)工作曲線；該工作曲線的相關(guān)系數(shù)≥0.999，以滿(mǎn)足未知土壤樣本測(cè)定金屬汞的要求；(3)土壤中金屬汞元素測(cè)定：將步驟(1)中的待測(cè)試液引入電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀，根據(jù)步驟(2)得到的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線確定待測(cè)試樣中金屬汞元素的含量。

申請(qǐng)?zhí)枮?01210449109.4的發(fā)明公開(kāi)了一種土壤中全量釩的測(cè)定方法，所述測(cè)定法包括以下步驟：(1)未知土壤樣本樣品預(yù)處理：先稱(chēng)取土壤樣品放于錐形瓶中，加入王水，在有通風(fēng)廚的電爐上加熱冒煙到近干，取下土壤樣品冷卻后加入高氯酸，再加熱并冒白煙，消除硝酸在土壤樣品近粘稠狀后取下冷卻加入稀鹽酸溶解后，用蒸餾水過(guò)濾定容到容量瓶中，搖勻靜置得含釩土壤溶液待測(cè)；(2)土壤中全量釩測(cè)定：取含釩土壤溶液于比色管中，依次加入顯色劑、過(guò)氧化氫溶液和鹽酸溶液；再依次加入掩蔽劑后靜置后搖勻放置，用比色皿于575nm波長(zhǎng)處測(cè)定有色絡(luò)合物的吸光度，并記錄測(cè)量結(jié)果，待分析計(jì)算；(3)結(jié)果計(jì)算。

可見(jiàn)光近紅外光譜技術(shù)是指利用可見(jiàn)光和近紅外光譜波段包含的細(xì)致豐富的光譜特征描述，主要根據(jù)物質(zhì)的光譜來(lái)鑒別物質(zhì)及確定它的化學(xué)組成和相對(duì)含量的方法。

土壤有機(jī)質(zhì)、鐵錳氧化物以及粘土礦物對(duì)土壤重金屬有吸附或賦存關(guān)系，土壤中的這些組分影響土壤反射率光譜形態(tài)及反射率的大小，同時(shí)在土壤反射率光譜中顯示其特定的光譜吸收特性，這就為利用土壤可見(jiàn)光近紅外反射光譜定量估算土壤中的銅元素含量提供了理論依據(jù)。

上述方法測(cè)試步驟多、操作復(fù)雜、試劑用量大、檢測(cè)周期長(zhǎng)，誤差大。

因此，需要提供一種能夠快速、準(zhǔn)確地估算土壤中銅含量的方法。

目前，針對(duì)于尾礦區(qū)域中土壤銅含量的可見(jiàn)光近紅外快速測(cè)定未見(jiàn)報(bào)道。可見(jiàn)光近紅外光譜分析技術(shù)在土壤重金屬含量估算有著廣闊的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出測(cè)定速度快、測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠、能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)損測(cè)量的一種基于可見(jiàn)光近紅外光譜技術(shù)的土壤銅含量估算方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案由以下步驟組成：

(1)土壤樣本的采集

在尾礦區(qū)域農(nóng)田內(nèi)采集土壤表層樣本作為參考土壤，分為n份，n≥10，去除雜質(zhì)；

(2)可見(jiàn)光近紅外光譜測(cè)定

用光譜儀獲取每份參考土壤的反射率光譜數(shù)據(jù)，波譜范圍為350～2500nm；

(3)光譜的預(yù)處理

對(duì)參考土壤的反射率光譜中的可見(jiàn)光近紅外反射率光譜進(jìn)行包絡(luò)線去除，得到包絡(luò)線去除之后的參考土壤的可見(jiàn)光近紅外反射率光譜；

(4)土壤銅含量參考值的測(cè)定

采用火焰原子吸收分光光度法對(duì)每份參考土壤中的總銅含量進(jìn)行測(cè)定，得到每份參考土壤的銅含量參考值；

(5)估算模型的建立

采用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立可見(jiàn)光近紅外反射率光譜與參考土壤銅含量參考值之間的估算模型，其中小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)公式如下：