EcoChem 土壤碳庫快檢系統(tǒng)

土壤固碳科學(xué)研究如今已發(fā)展為全球生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。促進(jìn)土壤固碳及其相關(guān)內(nèi)容的研究有著重要的意義。土壤碳儲(chǔ)量是土壤中碳的總量，一般是通過模型估算得到的。但具體到某一地塊土壤的碳儲(chǔ)量，則可以用地塊樣地采樣來測定總碳含量。土壤固碳中碳元素的檢測有很多方法，其中激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)是一種最快速的檢測手段。當(dāng)激光作用于樣品表面時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)信息的等離子體。通過對(duì)等離子體發(fā)出的光譜進(jìn)行收集分析，建立光譜與元素一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。由此可以檢測出元素周期表中的大部分元素，檢測限可達(dá)ppm級(jí)。通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定標(biāo)后可以進(jìn)一步得到元素的含量信息。

從碳儲(chǔ)量來看，儲(chǔ)量豐富的為粗骨土和棕壤，潮土和褐土儲(chǔ)量也較豐富。還有水稻土、砂礓黑土、石質(zhì)土等，也具有較好的固碳效應(yīng)。我們利用LIBS技術(shù)研究棕壤中碳元素的光譜特性、快速測量方法、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作以及全碳含量的計(jì)算等。我們?nèi)?/span>0-20cm的棕壤土樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。土壤過篩烘干后，進(jìn)行壓片處理，壓力20噸，保壓時(shí)間5分鐘。

碳元素的特征譜線是247.9nm，見左上圖，信號(hào)強(qiáng)且易于識(shí)別，我們對(duì)樣品進(jìn)行100次測量，激光頻率為10Hz，整個(gè)測量時(shí)間不到1分鐘，測量速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于其他測量方法，真正實(shí)現(xiàn)元素快檢。從右上圖可以看出，對(duì)于同一個(gè)樣品測試100次所得碳元素含量離散較大，這是由于激光脈沖間能量起伏及自吸收所造成的。為了消除這種影響，要進(jìn)行規(guī)范化處理，即用碳的譜線強(qiáng)度除以整個(gè)等離子體發(fā)射光譜的強(qiáng)度。經(jīng)規(guī)范化處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果見右上圖中空心圓所示，明顯可以看出數(shù)據(jù)離散性變小。

取7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行定標(biāo)，擬合出碳元素測量的定標(biāo)曲線，見左上圖所示，相關(guān)系數(shù)R為0.996。為了驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行元素含量預(yù)測的準(zhǔn)確度，我們另外取5個(gè)樣品進(jìn)行含量反演實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如右上圖所示。測試結(jié)果重復(fù)性較好，測量值的絕對(duì)誤差小于等于1.42%。確定了標(biāo)準(zhǔn)曲線，我們就可以大批量對(duì)待測土壤樣品中碳元素的實(shí)際含量進(jìn)行計(jì)算了。

EcoChem 土壤碳庫快檢系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)：

激光系統(tǒng)：

激光能量：200mJ@1064nm，能量輸出0-100%可調(diào)；（25mJ@266nm激光可選）

光斑質(zhì)量控制系統(tǒng)

重現(xiàn)率：20Hz，脈寬<6ns，DI水冷卻系統(tǒng)

光斑大小：50-300μm連續(xù)可調(diào)

激光光閘：自動(dòng)雙光閘，穩(wěn)定控制激光能量和LIBS信號(hào)

激光安全：I級(jí)，有激光鎖定保護(hù)裝置

檢測器：譜寬可覆蓋全部元素測量范圍，可以測量C，P，Mg，Si，F(xiàn)e，Ca，Na，K，N，H，O等元素周期表中全部元素信息，光譜波長精度：±0.08nm ；光譜分辨率0.10nm @400 nm；門延遲時(shí)間0.5ns-1ms。

具有自動(dòng)高度調(diào)整的功能

工作臺(tái)：

全自動(dòng)XYZ行程，XY行程100mm×100mm，Z行程50mm，速度0-10mm/s

XY行程分辨率：0.2μm，Z行程分辨率：1μm

樣品室可通入氦氣或氬氣

操作軟件：

中文軟件界面，包含NIST和ElementLIBS元素識(shí)別數(shù)據(jù)庫?？梢暂p松檢測和識(shí)別元素周期表上的元素并進(jìn)行信息標(biāo)記。軟件還同時(shí)具備如下功能：軟件可針對(duì)所有硬件部件（激光器，光譜儀，三維工作臺(tái)，氣路等）進(jìn)行指令操作，界面友好，操作直觀，使用簡單；內(nèi)置多種打樣方式選擇，包括單點(diǎn)，多點(diǎn)，直線，矩陣點(diǎn)等；具有自動(dòng)聚焦控制，可快速且方便的識(shí)別樣品；可對(duì)系統(tǒng)內(nèi)置的雙鏡頭（全景視野和放大視野）進(jìn)行控制；內(nèi)置PLS，PCR等多種定標(biāo)計(jì)算模型，可快速計(jì)算元素含量；內(nèi)置PCA，HCA等多種計(jì)算模型，可進(jìn)行元素分類分析及溯源；可進(jìn)行元素的分布（mapping）分析；對(duì)氣路進(jìn)行精準(zhǔn)控制；內(nèi)置txt, dat等多種數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換；內(nèi)置國內(nèi)多種常見土壤和植物標(biāo)準(zhǔn)曲線庫，方便用戶參考和調(diào)用。

數(shù)據(jù)處理中心：

專用四核CPU ，16GB內(nèi)存臺(tái)式電腦及27’顯示器

可選配件：

臺(tái)式壓片機(jī)，氦氣或氬氣