Bài báo cáo môn độ phì và phân bón chủ đề phân tích đất sử dụng quang phổ hồng ngoại và quang phổ cận hồng ngoại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP.HƠỒ CHÍ MINH KHOA NƠNG HỌC Bài báo cáo mơn: Độ phì phân bón Giảng viên: Lê trọng Hiếu Chủ đề: PHÂN TÍCH ĐẤT SỬ DỤNG QUANG PHỔ HỒNG NGOẠI VÀ QUANG PHỔ CẬN HỒNG NGOẠI Thủ Đức, tháng 5, năm 2022 Nội dung Tóm tắt Giới thiệu Vật liệu 2.1 Dụng cụ………………………………………………………………… 2.2 Tài liệu tham khảo tiêu chuẩn hóa Phương pháp 3.1 Chuẩn bị mẫu đất 3.2 Phép đo 3.3 Xử lí trước quang phổ 3.4 Phân tích đất tham chiếu 3.5 Hiệu chuẩn xác suất 3.5.1 Bộ hiệu chuẩn 3.5.2 Thẩm định 3.5.3 Đánh giá mơ hình 3.5.4 Phần mềm Ghi Tài liệu tham khảo Tóm tắt Quang phổ hồng ngoại quang phổ cận hồng ngoại phản xạ khuếch tán (visNIR) kỹ thuật nhanh, thích hợp cho việc phân tích số thành phần thiết yếu đất Các thành phần này, chủ yếu khoáng sét, chất hữu nước đất ảnh hưởng mạnh mẽ đến điều kiện sinh trưởng ảnh hưởng đến dinh dưỡng Ở chúng tơi mơ tả q trình quang phổ vis-NIR sử dụng để thu thập phổ đất phịng thí nghiệm Bởi kỹ thuật gián tiếp, hiệu chuẩn xác nhận mô hình cần thiết, để có dự đốn đáng tin cậy đặc tính đất cần quan tâm mô tả chương Giới thiệu Mối quan tâm nhà nghiên cứu việc sử dụng tia hồng ngoại nhìn thấy-cận (vis-NIR) quang phổ phản xạ khuếch tán khoa học đất tăng hai thập kỷ qua (1) có nhiều lợi với việc sử dụng kỹ thuật Nó không phá hủy, yêu cầu tối thiểu chuẩn bị mẫu khơng liên quan đến hóa chất (nguy hiểm) Các phép đo vài giây số đặc tính đất ước tính từ lần quét Hơn nữa, kỹ thuật cho phép cấu hình đo lường linh hoạt chỗ phép đo dựa phịng thí nghiệm (2) Phổ phản xạ vùng khả kiến (400–780 nm) hồng ngoại gần (780–2500 nm) kết tương tác lượng xạ liên kết phân tử thành phần đất Trong vùng khả kiến, lượng cao xạ gây chuyển dịch electron quỹ đạo phân tử với quỹ đạo khác mức lượng (3) Với lượng xạ thấp hơn, tương ứng với bước sóng dài hơn, hấp thụ lượng xảy dao động liên kết phân tử Sự hấp thụ vùng NIR âm bội kết hợp dao động vùng hồng ngoại Các lượng tử lượng hấp thụ liên kết cụ thể, bị ảnh hưởng ma trận hóa học yếu tố mơi trường loại nhóm chức, phân tử lân cận liên kết hydro (3) Hình Quy trình phát triển mơ hình dự báo vis-NIR Điều cho phép xác định phạm vi phân tử chứa loại liên kết Phân tử giống tạo số âm bội dải kết hợp vùng NIR với cường độ giảm dần tăng lệnh đảo ngược Do đó, vùng NIR sử dụng tính hấp thụ ít, rộng, chồng chéo Sự phản xạ khuếch tán đất có nguồn gốc từ đặc tính vật lý đất liên quan đến kích thước hạt cấu trúc bề mặt, màng nước bề mặt đất Do thiếu tính cụ thể thực tế phổ bao gồm nhiều bước sóng lân cận có độ tương quan cao, kỹ thuật hiệu chuẩn đa biến thường sử dụng để tương quan quang phổ với đặc tính đất nhắm mục tiêu (4) Để tạo hiệu chuẩn cần mơ hình, mẫu hiệu chuẩn phân tích phương pháp phịng thí nghiệm thơng thường Khi mơ hình hiệu chuẩn thành lập, mẫu cần phân tích vis-NIR mơ hình hiệu chuẩn sử dụng để dự đốn loại đặc tính đất nhắm mục tiêu Sơ đồ bước quy trình từ Chuẩn bị mẫu đất để dự đốn trình bày Hình Vùng vis-NIR chứa thơng tin hữu ích hàm lượng hữu vô đất khoáng sét đất chất hữu (SOM), hai thành phần thiết yếu đất, có đặc điểm hấp thụ xác định rõ ràng khu vực Nước có ảnh hưởng mạnh đến quang phổ với số chi phối dải hấp thụ cụ thể gần 1.400 1.900 nm với dải yếu phần khác quang phổ (5) Ngoài ra, với lớp màng nước hạt đất, khả phân tán dễ dàng đất ẩm sẫm màu đất khơ (6) Hình Quang phổ loại bỏ liên tục khống chất đất thơng thường bù đắp đơn vị, từ Stenberg cộng (Đầu tiên) Phần khống chất đất nói chung chiếm nửa thể tích đất (7), có đặc điểm rõ rệt quang phổ vis-NIR, đặc tính bề mặt ảnh hưởng đến mức độ tán xạ mức độ hấp thụ Sự hấp thụ vùng khả kiến có liên quan ưu việt với khống chất chứa sắt haematit goethite thể dải hấp thụ mạnh khoảng từ 400 đến 660 nm (8) (Hình 2) Cả hai khống chất cho thấy dải hấp thụ gần 900 nm (880 930 haematit goethite tương ứng) khơng có đặc điểm hấp thụ bước sóng dài (9) Sự hấp thụ khoáng sét vùng NIR hầu hết liên quan đến nước hấp thụ cấu trúc liên kết Mg-, Al- Fe – OH mạng tinh thể khoáng vật Các dải hấp thụ vùng 2.200–2.500 nm, dao động kết hợp liên quan đến kéo căng O-H uốn cong kim loại-OH, thể rõ ràng số khống chất có đỉnh khác tùy thuộc vào kim loại khoáng vật (Hình 2) Các dải hấp thụ 1.400 nm 1.900 nm rõ ràng số khoáng chất mức độ khác có liên quan đến nước hấp thụ liên kết cấu trúc Ví dụ, Smectite có dải hấp thụ rõ rệt gần 1.900 nm dao động kết hợp nước liên kết lớp xen kẽ dạng cation ngậm nước nước hấp thụ bề mặt hạt (Hình 2) (10) Cacbonat có số dải hấp thụ vùng NIR, dải hấp thụ mạnh gần 2.300 nm (9) Chất hữu đất có dải hấp thụ rộng rõ ràng vùng khả kiến (Hình 3a) bị chi phối tế bào sắc tố bóng tối chất hữu (11) Trong vùng NIR hấp thụ liên quan đến kéo dài uốn cong nhóm NH, CH CO (11) Hình (a) Phổ đất vis-NIR 400–2.500 nm (b) vùng 1.100–2.500 nm cho thấy phổ ba loại đất: đất nông nghiệp hữu với 40% SOC hai với 1% SOC, loại có 87% cát 4% đất sét, cịn lại 12% cát 44% đất sét Các vạch thả (b) biểu thị bước sóng đặc trưng chất hữu (theo tham chiếu 1) Một số dải hấp thụ vùng 1.100–2.400 nm có xác định quan trọng hiệu chuẩn SOM tổng N, nhiên chúng thường yếu khơng dễ nhận thấy mắt thường Viscarra Rossel Behrens (12) trình bày tóm tắt hấp thụ quan trọng xuất chúng vis-NIR số ví dụ ảnh hưởng SOM NIR phổ cho loại đất khác trình bày Hình Stenberg (13) xác định số số đặc biệt quan trọng Cả đất sét hàm lượng SOM quan trọng cấu trúc đất khả thơng khí giữ nước đất yếu tố ảnh hưởng mạnh đến sinh trưởng thực vật Chúng ảnh hưởng đến dinh dưỡng thực vật thông qua khả hấp thụ cation tham gia vào chuyển hóa chất dinh dưỡng sang dạng sẵn có thực vật thơng qua thời tiết thông qua ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến vi sinh vật hệ động vật đất Tuy nhiên, thân muối dinh dưỡng thực vật dự kiến hấp thụ vùng vis-NIR mối tương quan tìm thấy với vis-NIR thường yếu (1) Tuy nhiên, mối tương quan tốt đơi đạt (ví dụ: (14–17)), thơng qua địa phương, đồng biến thể với đặc tính hấp thụ vis-NIR Trong chương này, mô tả trình mà NIR quang phổ sử dụng để thu thập quang phổ đất phịng thí nghiệm(Hình 1) Ngồi phép đo thực tế, đơn giản nhanh chóng, chúng tơi thảo luận đánh giá chất lượng chuẩn hóa quang phổ Hơn nữa, thảo luận bước liên quan đến tạo đánh giá mơ hình hiệu chuẩn (Hình 1), địi hỏi hầu hết cơng việc nỗ lực để đảm bảo dự đốn có liên quan đáng tin cậy đặc tính đất quan tâm Như đề cập đầu tiên, quang phổ vis-NIR cho phép thực phép đo chỗ, nghiên cứu phát triển tiếp tục tạo điều kiện cho phép đo trường, giảm thiểu nhu cầu lấy mẫu đất (18–21) Mặc dù chương mô tả quy trình phép đo phịng thí nghiệm, nhiều khía cạnh có liên quan đến phép đo trời Vật liệu 2.1 Dụng cụ Ngày có nhiều loại máy quang phổ vis-NIR từ số nhà sản xuất, máy cung cấp số lượng giải pháp khác cho phân tán ánh sáng, phát cấu hình trình bày mẫu Cơng cụ để chọn phần lớn phụ thuộc vào ứng dụng có đánh đổi giá hiệu suất • Độ phân giải tiếng ồn Đối với mục đích khoa học, thiết bị có độ phân giải cao, 10 nm tốt hơn, nhiên có đánh đổi trực tiếp độ phân giải tiếng ồn (Xem thích 1) • Dải quang phổ Tương tự, dải bước sóng bao phủ vùng khả kiến (400–780 nm) toàn vùng NIR(780-2500 nm) khuyến nghị cho mục đích khoa học, để đảm bảo phần lớn dải bước sóng quan trọng đưa vào Tuy nhiên, thiết bị sử dụng cho mục đích cụ thể, cần phải có đầy đủ vis-NIRquang phổ khơng cần thiết • Tính dẻo o Khả thực phép đo bên ngồi phịng thí nghiệm Các yêu cầu khác độ bền khả xử lý áp dụng tùy thuộc vào việc thiết bị sử dụng phịng thí nghiệm sử dụng cho phép đo trời o Yêu cầu đặc biệt liên quan đến trình bày mẫu Dụng cụ có sử dụng cho số loại mẫu khác khơng? Đối với phép đo ngồi cửa trực tuyến, tính linh hoạt việc trình bày mẫu thường ưu tiên cáp quang để thu thập phổ ưu tiên Đối với trường hợp này, nên sử dụng thiết bị tán sắc sau việc che chắn ánh sáng lạc xung quanh điều quan trọng.(xem thích 2) 2.2 Tài liệu tham khảo tiêu chuẩn hóa Hầu hết dụng cụ bao gồm tất phụ kiện cần thiết, tùy thuộc vào loại mà chúng cụ thể cho phù hợp cơng cụ cụ thể chúng nói chung hơn.Trong trường hợp, đảm bảo bạn có tiếp theo: • Chất tham chiếu màu trắng tiêu chuẩn hóa, ví dụ Spectralon®, trơ, ổn định có phản xạ khuếch tán cao vùng hồng ngoại nhìn thấy gần: Một số thiết bị có màu trắng tích hợp tài liệu tham khảo, người khác cần tài liệu bên • Hiệu chỉnh dòng điện tối / tham chiếu tối thực mà không cần nguồn sáng phát ra, đại diện cho • Độ phản xạ để hiệu chỉnh nhiễu điện tử từ máy quang phổ Điều thường thực cách sử dụng trập, số cấu hình mẫu thiết bị, vùng tối bên ngồi tài liệu tham khảo cần thiết.(xem Chú thích 3) Phương pháp 3.1 Chuẩn bị mẫu đất • Sử dụng đất làm khơ khơng khí tủ sấy (xem Chú thích 4) • Xay đất đến cỡ hạt