[發(fā)明專利]基于離子選擇性電極的土壤硝態(tài)氮多參數(shù)檢測(cè)方法與儀表

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710707251.7
• 申請(qǐng)日: 2017-08-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109406588A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜尚豐;潘奇;陳俐均;李嘉鵬;何耀楓;梁美惠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N27/26
• 分類號(hào): G01N27/26
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發(fā)明涉及一種基于離子選擇性電極的土壤硝態(tài)氮多參數(shù)檢測(cè)方法與儀表，該方法包括：按照BP算法建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，針對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)采用五種方法改進(jìn)；檢測(cè)不同濃度標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液的硝酸根電極和氯電極響應(yīng)電勢(shì)；根據(jù)硝酸根電極和氯電極在標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液中的響應(yīng)電勢(shì)，訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型即檢測(cè)模型；檢測(cè)所述待檢測(cè)土壤浸提液的硝酸根電極和氯電極的響應(yīng)電勢(shì)；將檢測(cè)結(jié)果輸入到訓(xùn)練好的檢測(cè)模型中經(jīng)過(guò)模型計(jì)算得到硝酸根離子濃度；根據(jù)公式將硝酸根離子濃度轉(zhuǎn)換成硝態(tài)氮含量。本發(fā)明所建立的檢測(cè)模型考慮了氯離子對(duì)硝酸根電極的干擾影響，且改進(jìn)后的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型速度快、精度高，因此相對(duì)于傳統(tǒng)檢測(cè)方法，可以大大提高土壤硝態(tài)氮檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土壤檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于離子選擇性電極的土壤硝態(tài)氮多參數(shù)檢測(cè)方法與儀表。

背景技術(shù)

氮肥是我國(guó)用量最多的肥料，然而氮肥利用率過(guò)低，這樣不僅造成了資源浪費(fèi)，還造成了環(huán)境污染問(wèn)題。硝態(tài)氮屬于速效氮，容易被作物吸收，土壤中的硝態(tài)氮含量能反映土壤對(duì)作物的供氮能力，所以土壤硝態(tài)氮含量的檢測(cè)對(duì)科學(xué)指導(dǎo)施用氮肥有重要意義。離子選擇性電極是一種能對(duì)溶液中目標(biāo)離子產(chǎn)生特異性電位響應(yīng)的電化學(xué)傳感器。離子選擇性電極法操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快、成本低，是一種常用的檢測(cè)土壤硝態(tài)氮的方法。然而土壤成分復(fù)雜，用離子選擇性電極檢測(cè)土壤硝態(tài)氮含量時(shí)存在干擾離子的影響。傳統(tǒng)的電極法檢測(cè)土壤硝態(tài)氮含量的方法大多局限于單個(gè)影響因素的定性分析，檢測(cè)模型常忽略干擾離子的影響，無(wú)法消除干擾離子(主要為氯離子)引入的測(cè)定誤差。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上缺陷，本發(fā)明提供一種基于離子選擇性電極的土壤硝態(tài)氮多參數(shù)檢測(cè)方法與儀表，可以考慮到共存離子氯離子對(duì)硝酸根離子電極的影響，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度。

第一方面，本發(fā)明提供的基于離子選擇性電極的土壤硝態(tài)氮多參數(shù)檢測(cè)方法包括：

按照BP算法建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，針對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度慢和易陷入局部極小值的缺點(diǎn)采用五種方法改進(jìn)；

檢測(cè)不同濃度標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液的硝酸根電極響應(yīng)電勢(shì)和氯電極響應(yīng)電勢(shì)；

根據(jù)硝酸根電極和氯電極在各個(gè)濃度標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液中的響應(yīng)電勢(shì)以及對(duì)應(yīng)的硝酸根離子濃度，訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型即檢測(cè)模型；

用硝酸根電極和氯電極檢測(cè)土壤浸提液，得到對(duì)應(yīng)的硝酸根電極和氯電極的響應(yīng)電勢(shì)；

將檢測(cè)結(jié)果輸入到訓(xùn)練好的檢測(cè)模型中經(jīng)過(guò)模型計(jì)算得到硝酸根離子濃度，所述檢測(cè)結(jié)果為硝酸根電極響應(yīng)電勢(shì)和氯電極響應(yīng)電勢(shì)；

根據(jù)轉(zhuǎn)換公式將所述土壤浸提液中的硝酸根離子濃度轉(zhuǎn)換成土壤的硝態(tài)氮含量。

可選的，所述針對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的收斂速度慢和易陷入局部極小值的缺點(diǎn)采用五種方法改進(jìn)，包括：自適應(yīng)調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)率、自適應(yīng)調(diào)節(jié)誤差信號(hào)、調(diào)整激勵(lì)函數(shù)的參數(shù)、附加動(dòng)量法、改變歸一化區(qū)間。

可選的，所述不同濃度標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液為不同已知濃度的硝酸鈉溶液和不同已知濃度的氯化鈉溶液的混合溶液。

可選的，所述根據(jù)硝酸根電極和氯電極在各個(gè)濃度標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液中的響應(yīng)電勢(shì)以及對(duì)應(yīng)的硝酸根離子濃度，訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型即檢測(cè)模型，所述檢測(cè)模型的輸入為硝酸根電極響應(yīng)電勢(shì)和氯電極響應(yīng)電勢(shì)，輸出為硝酸根離子濃度。

可選的，所述將所述土壤浸提液中的硝酸根離子濃度轉(zhuǎn)換成土壤的硝態(tài)氮含量的所述轉(zhuǎn)換公式為：

其中，為土壤硝態(tài)氮含量，為土壤浸提液中的硝酸根離子濃度。

第二方面，本發(fā)明提供的基于離子選擇性電極的土壤硝態(tài)氮多參數(shù)檢測(cè)儀表包括電源模塊、硝酸根電極、氯電極、數(shù)據(jù)采集處理器和顯示模塊，其中：