海洋光学【微光谱应用】近红外漫反射光谱表征土壤成分
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#微光谱应用 21个0 K U' N' ^' m. q- X0 M# l
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+ t' m1 p, B. _9 G. `& D|背景介绍2 r' [/ |& J' a' t6 T+ G, A# R
随着地球人口增长、气候变化和土壤管理多年来持续糟糕，人们迫切需要一种快速、低成本的土壤表征技术。近红外光谱技术样品制备简单，通过测量光和土壤间的相互作用几秒钟内就可以给出答案。模块化近红外光谱学技术不仅能满足实验室测量，同时也能满足野外测量的需求，甚至能模块化光谱仪将其搭建至无人机上，进行遥感监测。% ~1 M% R* y( X% W- S
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|配置搭建7 b5 \. f: ^$ |1 D5 g
本次演示使用的是海洋光学NIRQuest+ 2.5近红外光谱仪、HL-2000-HP高功率卤钨灯、600μm反射探头、RPH反射探头支架、WS-1标准漫反射板。配置搭建如下图所示。
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图1. 搭建图$ ]: `5 r' _( ^4 T, Q) w
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, n( q7 r) u: N+ Z* y. D注意：测量时需确保反射探头和参考或样本之间有 yi,定 的距离和角度，同时需确保再整个测量过程中保持 jue,对一致。如果确实需要改变，则需重新采集参考光谱。. x2 ~, N# ` i# D0 }; P
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|实验样品# l8 R0 T& B: \8 ~
实验样品是Dr. Yvette Mattley从Home Depot购买的沙子样品（Sand）、标准表层土壤样品(T,o,p Soil)、有机堆肥和肥料混合样品(Organic)以及 you,质 表层土壤样品(Premium T,o,p Soil)。
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图2. 样品图+ L* ]& Q4 Q M# j" X7 i
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9 B7 | p9 C% C$ D|测量方法$ F5 v4 z# `6 J2 O) o! l0 ?! L
为使整个系统稳定，测量前先将光源及光谱仪打开预热30分钟。我们先测量有机样本的数据，在样本周围的10个位置进行10次测量，然后取平均。
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图3. 有机土壤: H& N& I1 X* x8 z
图3为测试有机土壤的吸光度图，其上方图谱为未处理过的吸光度，下方为基线处理过的吸光度图，在1940nm左右，明显可见水的吸收峰。
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: E1 m: S& N" }; z图4. 四种不同样品的吸光度图
; ^* s& z5 ?8 \图4为四种不同样品的吸光度。光谱曲线从上至下依次为有机土壤、优质表层土壤、标准表层土壤及沙子。从图中清晰可见有机土壤的水分 zui,高。其次是优质表土和标准表土，他们的水分相当。水分 zui,少 的为沙子样品。5 x I+ \1 C* \* u& `/ F \+ G5 G
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|总结
! U" u3 a) x# B6 e仅仅用这种简单的近红外光谱测量方法，我们可以很直观地看到这些样品的水分含量差异。通过近红外光谱结合化学计量学以及一些更 gao,级 的数据处理方法，还能分析除水分以外其他成分的组分分析。
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