[發明專利]基于共線雙脈沖激光誘導擊穿光譜的土壤錳元素的快速檢測方法

在審

• 申請號: 201811013880.0
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN109001186A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 何勇;劉小丹;劉飛;申婷婷;王唯;趙懿瀅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

本發明公開了一種基于共線雙脈沖激光誘導擊穿光譜的土壤錳元素的快速檢測方法，包括：將多種標準土壤及其兩兩等比混合的辦法制備含有N個錳濃度的土壤樣本；然后對雙脈沖LIBS系統的儀器參數進行優化，并采集土壤壓片樣本的LIBS譜線；對光譜數據經過預處理后，選擇Mn I 279.48nm、Mn I 404.14nm處的信號作為輸入值，樣本中錳元素濃度作為輸出值，建立土壤樣本錳含量預測的多元回歸分析模型，預測決定系數R²達到0.974。本發明實現了土壤中錳元素含量的快速檢測，具有操作簡單，成本低等特點；同時由于共線雙脈沖的信號增強作用，本方法的檢測精度較高，可以為開發便攜式的土壤錳元素含量檢測儀器提供參考。

技術領域

本發明涉及土壤營養元素檢測技術，尤其涉及一種基于共線雙脈沖的激光誘導擊穿光譜的土壤錳元素的快速檢測方法。

背景技術

土壤營養元素能夠反映土壤的肥力，影響作物產量及品質。其中，錳元素作為影響光合作用最主要的微量元素之一，不僅參與作物光合作用中的電子傳遞，還與作物葉綠素的合成密切相關。土壤中錳元素含量過低會導致作物產量和品質降低，但土壤錳含量過高會造成土壤環境污染，導致土壤營養分布失衡。因此，對土壤中錳元素的定量檢測對于作物生長及土壤污染治理有著重要的意義。目前，土壤中錳元素的主要檢測方法有原子吸收法，電感耦合等離子體質譜法，電感耦合等離子體原子發射光譜法等化學檢測方法，這些方法雖然檢準確度高，但需要消耗化學試劑對樣品進行消解處理，對操作人員的專業程度要求高，檢測過程復雜、周期較長，無法實現土壤錳元素的高效、準確、實時檢測。

激光誘導擊穿光譜儀(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)利用脈沖激光燒蝕樣本產生等離子體發射特定的光譜信號，通過光譜儀獲取的等離子體發射的光譜，可以實現樣本中元素組成及含量的分析。但是元素檢測限較高一直是LIBS技術的難題。因此，LIBS信號增強技術成為國內外學者的關注焦點。基于共線雙脈沖的LIBS信號增強技術是目前效果較好，應用較多的信號增強技術之一。應用共線雙脈沖激光誘導擊穿光譜技術能快速準確的獲取土壤錳含量，有利于作物生長及環境監測。

發明內容

本發明公開了一種土壤營養元素的快速檢測方法，實現了基于共線雙脈沖激光誘導擊穿光譜對土壤錳元素的快速檢測，具有操作簡單，檢測成本低，準確度高等特點。

本發明的具體技術方案如下：

一種基于共線雙脈沖激光誘導擊穿光譜的土壤錳元素的快速檢測方法，包括步驟：

1)制得N個梯度的含錳土壤樣本，并制成壓片樣品，樣本中錳元素濃度記為Y；

2)采用雙脈沖激光采集含錳土壤樣本的LIBS光譜數據記為X；

3)根據LIBS光譜數據X數據曲線，結合波長與元素一一對應的關系，找出錳元素對應的波長；

4)對LIBS光譜數據X進行預處理，預處理后的數據為X1，在X1中提取出與步驟3)中錳元素波長對應的光譜數據X2；采用X-Y共生矩陣法將所得光譜數據(X2,Y)按2:1的比例劃分為建模集和預測集；

5)分別以建模集中的X2作為輸入，Y為輸出,建立土壤樣本中錳元素濃度與對應LIBS譜線強度的多元線性回歸分析模型：

Y＝0.0001X₁+0.0003X₂+0.1329

其中，Y為樣本中錳元素的實際含量，X₁、X₂分別為與錳元素對應的279.48nm、404.14nm的信號強度；

將預測集中的X2帶入建立的定量分析模型，得到樣本中錳元素的預測濃度。