[發(fā)明專利]一種土壤營養(yǎng)元素檢測系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810585667.0
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108872074A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董大明;邢振;趙春江;趙賢德;矯雷子;田宏武;李傳霞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/63
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;吳歡燕

本發(fā)明實(shí)施例提供一種土壤營養(yǎng)元素檢測系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括：負(fù)壓樣品采集艙用于為待測土壤提供真空環(huán)境，并壓實(shí)待測土壤；激光發(fā)射模塊用于發(fā)射激光并照射到待測土壤表面，在負(fù)壓樣品采集艙中形成等離子態(tài)光電子；光譜采集模塊用于根據(jù)等離子態(tài)光電子獲取待測土壤中每一營養(yǎng)元素的特征光譜；傳感器分析模塊用于根據(jù)任一營養(yǎng)元素的特征光譜和任一營養(yǎng)元素的特征光譜對應(yīng)的預(yù)設(shè)光譜分析模型，獲取待測土壤中所述任一營養(yǎng)元素的含量。本發(fā)明實(shí)施例通過采用小型的激光器，大大縮小了土壤營養(yǎng)元素檢測系統(tǒng)的體積，通過對待測土壤進(jìn)行壓實(shí)處理，消除了基體效應(yīng)和土壤飛濺，通過向負(fù)壓樣品采集艙中充入稀有氣體，消除了空氣對測量結(jié)果的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實(shí)施例涉及土壤檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種土壤營養(yǎng)元素檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

土壤養(yǎng)分是作物營養(yǎng)元素(碳元素和氮元素)的重要來源，是作物生長發(fā)育的物質(zhì)基礎(chǔ)。因此，快速測量和獲取土壤中的主要營養(yǎng)元素(碳元素和氮元素)具有重要的意義。一方面，土壤中碳元素和氮元素等營養(yǎng)元素的快速測定是開發(fā)利用土壤養(yǎng)分的基礎(chǔ)，為科學(xué)施肥提供了科學(xué)依據(jù)；另一方面，對土壤碳元素和氮元素的動態(tài)測量，對于研究土壤氮轉(zhuǎn)化和碳轉(zhuǎn)化、調(diào)整和優(yōu)化土壤管理、減少溫室效應(yīng)氣體排放等具有重要意義。

土壤中碳元素的傳統(tǒng)測量方法有經(jīng)典法和實(shí)驗(yàn)室法，經(jīng)典法包括：干燒法(高溫電爐灼燒)或濕燒法(重鉻酸鉀氧化)，一般用蘇打石灰吸收稱重，或用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鋇溶液吸收放出的二氧化碳，再用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定。此方法不受還原物質(zhì)的影響，可獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，但需要一些特殊的儀器設(shè)備，費(fèi)時費(fèi)力，一般用于校準(zhǔn)方法校核，實(shí)驗(yàn)室很少采用。

實(shí)驗(yàn)室使用最普遍的碳元素檢測方法是：在過量的硫酸存在下，用氧化劑重鉻酸鉀(或鉻酸)氧化有機(jī)碳，剩余的氧化劑用標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵溶液回滴，從消耗的氧劑量來計(jì)算有機(jī)碳量，此方法簡單、快速，適合大量樣品的分析，但精度低，會帶來二次污染。

而對于土壤氮素的測量，傳統(tǒng)方法較為復(fù)雜，需要將土壤磨碎后，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)經(jīng)煅燒等前處理后，再用色譜、原子吸收等方法進(jìn)行測量，費(fèi)時費(fèi)力，并引起二次污染。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，簡稱LIBS)，又稱激光誘導(dǎo)等離子光譜技術(shù)，是基于原子發(fā)射光譜的一種全新的物質(zhì)元素分析技術(shù)。其工作原理是：在強(qiáng)激光脈沖作用下，樣品表面的物質(zhì)被激發(fā)成為等離子體并迅速衰減，在衰減過程中輻射出特定頻率的光子，產(chǎn)生特征譜線，其頻率和強(qiáng)度包含了分析對象的元素種類和濃度信息。LIBS技術(shù)運(yùn)行成本低，測量速度快，高靈敏度，無需或者需要很少的樣品預(yù)處理即可實(shí)現(xiàn)多元素測量等優(yōu)點(diǎn)，并且無輻射和二次污染，具有廣闊的應(yīng)用前景。

現(xiàn)有技術(shù)公布了一種對土壤表面的氮元素分布進(jìn)行快速測量的方法，通過原子光譜測量分析其中氮元素的含量，并通過樣本臺的勻速二維運(yùn)動，獲得土壤表面不同位置的氮素含量。

因?yàn)槲镔|(zhì)基體對LIBS測量技術(shù)精度的影響較大，但是該方案中在激光每次擊打前，每次激光擊打引起的土壤飛濺對下一次激光擊打土壤樣品基體的影響，從而導(dǎo)致測量精度不高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供一種土壤營養(yǎng)元素檢測系統(tǒng)及方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中由于土壤飛濺引起的土壤表面營養(yǎng)元素測量精度低的缺陷，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的土壤營養(yǎng)元素的檢測。

本發(fā)明實(shí)施例提供一種土壤營養(yǎng)元素檢測系統(tǒng)，包括：負(fù)壓樣品采集艙、激光激發(fā)模塊、光譜采集模塊和傳感器分析模塊；

所述負(fù)壓樣品采集艙用于為待測土壤提供真空環(huán)境，并壓實(shí)所述待測土壤；

所述激光發(fā)射模塊用于發(fā)射激光并照射到所述待測土壤表面，在所述負(fù)壓樣品采集艙中形成等離子態(tài)光電子；

所述光譜采集模塊用于根據(jù)所述等離子態(tài)光電子獲取所述待測土壤中每一營養(yǎng)元素的特征光譜；