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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+ T6 m" o! Y7 L: X' Q#微光谱应用 21个3 H5 Y! ~( t. E% h
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+ z! L# b, {$ o( ?|背景介绍4 T. r* T7 ^3 h
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。
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|配置搭建* g& ]- b4 L) v+ _: C0 C
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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( o% i; Z1 {1 c$ k2 D X图1. 搭建图; Z% I/ J' c B, _: v
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2 E! I/ M9 I+ D& i3 K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。" n% h# f# C) @ n: u; Y
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/ _4 X4 }4 e" Y C|实验样品
3 |8 _8 }: T- o3 g8 c9 I+ z. W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
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* C" v. |: F7 o2 p; k, E$ y8 B2 S2 g|测量方法
7 `- I8 H0 N$ B0 r7 ?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。* }- U; s; ]/ U+ b" ~# k
. w9 v) |' `8 K" _2 m图3. 有机土壤
( n$ V$ F8 Z. q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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7 C+ e8 g4 b( R Q8 r* L. O1 H# }6 X图4. 四种不同样品的吸光度图
* e" [ D) G! S/ d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。
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7 g n* U% a. K: ]; W|总结: o4 i) R8 ~; r
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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