海洋光学【微光谱应用】近红外漫反射光谱表征土壤成分; @: ^1 f# t, Q0 w3 f, D
原创 OIA MKT [url=]蔚海光学[/url]( A, L- Y$ D% L6 g7 P
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4 z# T% \5 }- m1 \7 b#微光谱应用 21个* ]! Q/ K7 |6 V) p* {6 m$ S
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8 L s; H' |6 d) w; Y|背景介绍( l- P% k O- Y9 U' x* k
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。% ~. m! m* p% h; P+ V G+ R* [/ W0 Y
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|配置搭建! ]3 C+ E, W f+ D. I8 x; o/ W
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。3 ~" n" d) L1 P& R
' b7 Q1 x [0 A+ u9 P' K图1. 搭建图5 a' ^- l, M* ]) b! P$ ^, N
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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。
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! S% L( f$ v0 \3 j9 d9 [|实验样品) R! a' w( F$ i4 r' }6 E
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)。/ [9 G& E% @: K4 n" X: ~
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图2. 样品图
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N" w- K4 q, F) M( Q/ q|测量方法2 s! s' p& j% X! Z! 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。; a0 {' m: G$ w6 D4 R' m, R/ P
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图3. 有机土壤. V+ M2 {( R4 d4 r
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。2 q6 t7 F* ~6 q) J( f
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9 W# x. @5 `$ i9 k6 ]图4. 四种不同样品的吸光度图
. ~8 ^5 O! g( B9 x7 ^8 S4 c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。& r- ~: R$ d" [8 ?1 K3 Z
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( j% Q5 `% S7 F9 c% x|总结
. {% b! j$ d, m7 y: f+ v/ g5 o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。, e- U I% u( [3 F
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