[發明專利]利用近紅外光譜快速檢測土壤的穩定碳同位素比值的方法

有效

• 申請號: 201610113324.5
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105699322B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 喻文娟;王瑞斌;康宏樟;劉星;張莉;劉玉敏;吳玉森
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N21/359
• 分類號: G01N21/359
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明提供了一種利用近紅外光譜檢測土壤的穩定碳同位素比值的方法，所述方法包括如下步驟：1)測得多個定標土壤樣品的穩定碳同位素比值；2)采集定標土壤樣品的近紅外波段的漫反射譜圖，得到原始譜圖；3)將原始譜圖進行平滑預處理，得到處理后譜圖；4)采用向量機法建立定標土壤樣品的處理后譜圖與穩定碳同位素比值間的定量關系模型；5)采集待測土壤樣品的近紅外波段的漫反射譜圖，根據定量關系模型計算待測土壤樣品的穩定碳同位素比值。本發明提供的方法可以利用近紅外譜快速檢測土壤穩定碳同位素比值。

技術領域

本發明涉及生態學領域，具體地涉及一種檢測土壤的穩定碳同位素比值的方法。

背景技術

穩定碳同位素比值(δ¹³C)分析方法可被用來表明土壤有機質的來源、研究土壤有機質及其組分的分解程度與周轉、重現C₃/C₄植被的變化歷史，在土壤有機質研究和生態學中正日益成為一個強有力的工具。

測定土壤δ¹³C一般采用穩定同位素比例質譜法(IRMS)，其工作原理為：土壤通過高溫燃燒，其中的有機碳被轉變成氣態CO₂；經色譜柱或吸附柱與其他氣體分開后，在離子源中被離子化；離子束經聚焦和加速后，進入質量分析器；在磁場作用下，離子流按一定的荷質比(m/z)發生偏轉，由于各種同位素的質量(m)不同，離子流偏轉的程度也不一樣；每種同位素的離子束按自己的軌道到達離子接收器，經放大后記錄每種同位素的離子流強度，測出同位素比值。穩定同位素比例質譜儀價格昂貴，需專人操作，測試周期長，相應的測試成本也高。因此，同位素比質譜分析法(IRMS)測定土壤δ13C有以下不足：1、儀器昂貴，測試成本高；2、技術要求高、不易操作；3、測試周期長；4、不易推廣。

紅外光譜技術在土壤分析中的應用興起于上世紀八十年代。目前利用近紅外光譜(NIR)和中紅外光譜(MIR)技術，結合化學計量學手段，已廣泛用于土壤各種理化性質的分析，結果令人滿意。如：總碳含量、總氮含量、全磷含量、水分含量、土壤質地、鉀(K)、鈣(Ga)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鎂(Mg)等金屬的含量、微生物碳等。NIR、MIR光譜分析方法是一種間接分析方法，需要先以參考方法對大量代表性土壤樣品的理化特性進行測定，通過關聯樣品光譜和其理化特性構建校正模型；然后運用校正模型預測未知土壤樣品的組成和性質。因此，被測的土壤樣品要盡可能包括所預測土壤樣品的類型和理化特性的范圍，并對其每一組分的理化特性進行準確測定。

近紅外(NIR)光譜區域是指波長在780～2500nm范圍內的電磁波，其光譜信息來源于分子內部振動的倍頻與合頻，并且主要反映分子中含氫基團(如C-H，N-H，O-H，S-H等)的倍頻與合頻振動吸收。許多有機物在該光譜區域有特征性吸收，并且不同波段的吸收強度與該物質的分子結構及濃度存在對應關系。中紅外(MIR)光譜區域是波長在2500～25000nm范圍內的電磁波，物質在此范圍的吸收峰為基頻、倍頻與合頻吸收。不同化合物有其特異的紅外吸收光譜，其譜帶的強度、位置、形狀及數目均與化合物及其狀態有關。MIR與NIR光譜的區別在于，近紅外光譜是物質分子內部振動的倍頻與合頻的吸收，不同組分和官能團的譜帶較易重疊且信息強度較弱，導致譜圖解析相對困難，所建模型易受外界因素的影響，穩定性差；而中紅外光譜是分子內部振動的基頻吸收，其信息強度較強，信息提取相對容易。