EcoChem 土壤碳库快检系统

EcoChem 土壤碳库快检系统

土壤固碳科学研究如今已发展为全球生态学、环境科学和农业技术发展的热点。促进土壤固碳及其相关内容的研究有着重要的意义。土壤碳储量是土壤中碳的总量，一般是通过模型估算得到的。但具体到某一地块土壤的碳储量，则可以用地块样地采样来测定总碳含量。土壤固碳中碳元素的检测有很多方法，其中激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种最快速的检测手段。当激光作用于样品表面时，在极短的时间内诱导产生含有样品物质信息的等离子体。通过对等离子体发出的光谱进行收集分析，建立光谱与元素一一对应的关系。由此可以检测出元素周期表中的大部分元素，检测限可达ppm级。通过标准物质定标后可以进一步得到元素的含量信息。

从碳储量来看，储量最丰富的为粗骨土和棕壤，潮土和褐土储量也较丰富。还有水稻土、砂礓黑土、石质土等，也具有较好的固碳效应。我们利用LIBS技术研究棕壤中碳元素的光谱特性、快速测量方法、标准曲线的制作以及全碳含量的计算等。我们取0-20cm的棕壤土样进行实验。土壤过筛烘干后，进行压片处理，压力20吨，保压时间5分钟。

碳元素的特征谱线是247.9nm，见左上图，信号强且易于识别，我们对样品进行100次测量，激光频率为10Hz，整个测量时间不到1分钟，测量速度远远快于其他测量方法，真正实现元素快检。从右上图可以看出，对于同一个样品测试100次所得碳元素含量离散较大，这是由于激光脉冲间能量起伏及自吸收所造成的。为了消除这种影响，要进行规范化处理，即用碳的谱线强度除以整个等离子体发射光谱的强度。经规范化处理后的数据结果见右上图中空心圆所示，明显可以看出数据离散性变小。

取7个标准样品进行定标，拟合出碳元素测量的定标曲线，见左上图所示，相关系数R为0.996。为了验证标准曲线进行元素含量预测的准确度，我们另外取5个样品进行含量反演实验，结果如右上图所示。测试结果重复性较好，测量值的绝对误差小于等于1.42%。确定了标准曲线，我们就可以大批量对待测土壤样品中碳元素的实际含量进行计算了。

系统主要技术指标：

激光系统：

激光能量：200mJ@1064nm，能量输出0-100%可调；（25mJ@266nm激光可选）

光斑质量控制系统

重现率：20Hz，脉宽<6ns，DI水冷却系统

光斑大小：50-300μm连续可调

激光光闸：自动双光闸，稳定控制激光能量和LIBS信号

激光安全：I级，有激光锁定保护装置

检测器：谱宽：190-1040nm，光谱精度±0.05nm，门延迟0.5ns-1ms，分辨率0.5ns

具有自动高度调整的功能

工作台：

全自动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

样品室可通入氦气或氩气

操作软件：

中文软件界面，包含NIST和ElementLIBS元素识别数据库。可以轻松检测和识别元素周期表上的元素并进行信息标记。软件还同时具备如下功能：软件可针对所有硬件部件（激光器，光谱仪，三维工作台，气路等）进行指令操作，界面友好，操作直观，使用简单；内置多种打样方式选择，包括单点，多点，直线，矩阵点等；具有自动聚焦控制，可快速且方便的识别样品；可对系统内置的双镜头（全景视野和放大视野）进行控制；内置PLS，PCR等多种定标计算模型，可快速计算元素含量；内置PCA，HCA等多种计算模型，可进行元素分类分析及溯源；可进行元素的分布（mapping）分析；对气路进行精准控制；内置txt, dat等多种数据格式的转换；内置国内多种常见土壤和植物标准曲线库，方便用户参考和调用。

数据处理中心：

专用四核CPU ，16GB内存台式电脑及27’显示器

可选配件：

台式压片机，氦气或氩气