KR20000004056A - 토양 성분 측정방법 및 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 토양의 성분중 유기물, 수분, 전질소 등을 분석하는 토양 성분 측정방법 및 측정장치에 관한 것으로 측정하는 소요 시간을 단축하고 효율적으로 토양을 관리하기 위하여 채취된 토양 시료와 이물질을 분리하고 적정의 입자로 선별하는 분리부와; 상기 적정한 입자로 선별된 토양 시료를 건조하는 건조부와; 측정위치에 시료를 공급 및 배출하는 시료 공급 및 배출부와; 시료 및 검출기에 근적외 광선을 조사하는 근적외 조사부와; 시료에 근적외 광선을 조사시켜 확산 반산된 데이터를 검량식에 대입하여 게산하는 컴퓨터 그리고 정리된 데이터를 기록하는 프린터를 순차적으로 배치한 정보처리부를 포함하여 이루어진 측정장치를 통해 토양 시료의 준비 단계와; 이물질을 분리하고 적정 입자의 토양만을 선별하는 분리단계와; 시료를 호퍼의 측정 위치에 채우는 시료 공급단계와; 근적외 광선을 조사하는 근적외 스펙트럼 측정단계와; 측정된 흡광도 데이터를 컴퓨터를 통해 계산을 한 후 프린터로 결과를 출력하는 정보처리단계와; 측정된 시료의 배출단계를 포함하여 이루어지는 측정방법을 특징으로 한다,
본 발명은 이미 수집된 토양 또는 현지에서 채취한 토양의 성분을 즉석에서 수분 내에 유기물, 수분 및 전질소 등의 이화학적 성분을 동시에 측정할 수 있으므로 그 결과에 따라 이상적인 토양을 유지 및 관리할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

토양 성분 측정방법 및 측정장치
본 발명은 이상적인 토양을 유지 및 관리할 수 있도록 토양 중의 유기물, 수분 및 전질소 등의 이화학적 성분을 측정하는 토양 성분 측정방법 및 측정장치에 관한 것이다.
농작물을 재배함에 있어 품질이 좋은 농작물을 생산하기 위하여는 토양 중의 양분을 일정 수준으로 유지하는 것은 매우 중요한 기술이다. 이는 토양 중의 이화학 성분을 각각 분석하여 토양의 비옥도를 판단하고 부족한 성분을 보충하는 비배관리 작업을 작물 재배할 때마다 실시하게 된다. 또한 비옥한 토양관리를 위해서는 토양 또는 농작업 단위별로 토양의 이화학성을 매 작기마다 수백만 점의 토양시료를 채취하여 측정할 필요가 있다.
토양의 성분을 분석하는 방법중 하나인 화학분석법으로는 원하는 토양의 시료를 준비하여 풍건, 입도 조정, 칭량, 분해 및 추출, 분리, 정용, 분취, 측정, 기록, 계산의 공정을 통하여 항목별 결과를 취득한 후 그 결과를 최종적으로 전문가의 종합판단의 결과를 거치는 공정으로 이루어지는데, 이러한 분석방법에 있어서는 단계별 복잡한 분석공정을 거치므로 3시간 ~ 48시간이라는 많은 분석시간이 소요됨은 물론 분석에 종사하는 전문 인력과 여러 종류의 분석시약이 과다하게 필요하게 되고, 분석시 사용되는 시약은 공해를 유발하여 처리에 어려움이 있으며, 각각의 이화학 성분을 동시에 측정할 수 없어 결과 취득까지 역시 많은 시간이 소요되어, 농업 현장에서 필요한 때에 즉시에 토양의 이화학 성분의 분석 결과를 알 수 없는 문제점이 있다.
상기한 다단계의 복작한 분석공정을 단순화하며, 분석 결과를 단시간에 취득할 수 있도록 제안된 기존의 분석방법으로는 적외선을 이용하여 측정하고자 하는 토양에 전자파 에너지가 투입되고 반사될 때 생기는 에너지 차이(감소되는 현상)를 수량화하여 토양의 이화학 성분에 관계되는 물질과의 상관관계로서 정량분석을 가능케 하는 측정기술인 적외선을 이용한 분석법을 들 수 있다.
또한 적외선을 이용한 분석은 대개 빛의 투과율에 기초를 두고 있기 때문에 측정하고자 하는 시료중의 두께나 투명성 특히 토양과 같이 비용해성 광물질이나 동식물 유래의 여러 가지 협잡물이 공존하는 경우는 빛의 직선성이 현실상 얻어지지 않는 관계로 정량분석이 곤란하였다. 이에 최근에는 고체, 반고체, 에멀전 상태의 시료에서도 특정 파장의 에너지가 시료 속으로 확산되어 가는 동안 시료 층에 존재하는 물질의 관능기 농도만큼 흡수되고 나머지 반사되는 광 에너지를 검출기로 측정하면 정량분석이 가능하게 되는 확산 반사 분석법을 사용하기도 한다.
상기 적외 분석법은 일반적으로 근적외(0.7 ~ 2.5㎛), 중적외(2.5 ~ 50㎛) 및 원적외(50 ~ 5000㎛)의 영역중 중적외선의 전자파를 이용하여 토양의 성분을 측정하는 것으로 스페트럼 내에 존재하는 물질유래의 흡수피크로부터 원하는 목적 물질의 구성 관능기는 얻을 수 있으나, 최대의 단점은 수분의 OH기에 대한 민감성 때문에 수분을 함유한 시료의 정량 및 정성분석에는 적합치 못하다.
또한 상기 중적외 분석법으로 농축산물들을 분석할 경우 첫째: 측정 대상물인 농산물은 대개 건조물 또는 반 건조물로 대단한 고농도의 상태이므로 입사광선이 거의 흡수되어져 출력이 되지 않으므로 측정할 때마다 일일이 희석을 하여야 할 필요가 있어 비파괴 평가법으로서의 의미가 없음은 물론 공해를 유발하는 문제점이 있으며, 둘째: 농산물의 경우 건조물이라 하여도 수분 함량이 10 ~ 15% 정도이며, 반 건조물이면 약 50%, 청과물이면 약 85% 이상의 수분을 함유하고 있으므로 중적외선에 의한 파장의 흡수가 너무 커서 다른 성분 유래의 정보는 거의 얻어지지 않기 때문이다. 즉 농산물을 구성하는 O-H, N-H, C-H 등의 관능기는 중적외 영역에서 기준 신축진동 또는 변각진동 등의 형태로 에너지흡수를 가지는데, 이들의 분석시 여기현상에서 기인된 분자의 기본 진동음의 결합음(combination) 및 배음(overtone)은 대체로 1,8 ~ 2.5㎛에, 1차 배음(1st overtone)은 1.1 ~ 1.8㎛에, 2차 배음(2st overtone)은 0.7 ~ 1.1㎛에 압축되어 실제 중적외 영역에서 나타나므로 중적외 영역에서의 성분 분석은 그 실효를 얻지 못하는 문제점이 있다.
상기한 중적외 영역에서의 시료 측정의 문제점을 개선하기 위해서 근적외 분광법을 사용한 것은 USDA의 Norris가 1963년 곡물류나 종자의 수분 측정을 위해 설계한 근적외 분석계를 사용하여 0.7㎛ ~ 2.5㎛ 파장 영역의 투과 스펙트럼을 측정한 것이 처음이며, 상기 근적외 분광법을 응용한 예는 곡류, 축산류, 사료, 청과류, 발효제품 등의 농축산물들의 일상의 과정분석과 단백질, 지방, 탄수화물 및 기타 성분함량에 관계되는 품질관리 등을 측정하는데 한정되어 있었다.
한편 토양은 부식성분이 주를 차지하는 일부 유기물을 제외하고는 나머지 대부분이 모래(sand), 미사(silt)등의 1차 광물과 점토(clay), 주로 2차 광물 등의 무기광물로 이루어져 있으므로 근적외 분석의 주된 대상이 되어 왔던 농축산물의 유기물 시료의 측정과는 다른 면이 있어, 토양의 성분을 근적외 분석법으로 측정하는 연구가 진행되었다.
이하 근적외선을 이용한 분석법의 측정 가능성 등 연구되어진 내용을 살펴본다.
토양시료의 근적외 스펙트럼을 측정한 보고는 Bower 등이 Beckman DK-24 분광광도계를 써서 토양시료의 가시 및 근적외 영역의 연속 스펙트럼을 측정하여 토양시료의 수분, 입경과 유기물 함량에 대한 스펙트럼 영향을 조사하였다. 또 Krishnan 등은 Cary Model 14를 써서 토양의 가시 및 근적외 스펙트럼을 측정하여 수식화 함으로써 토양의 유기물 함량을 정량화 하였다.
그러나 근적외 분광광도계와 중회귀분석 등의 정량 소프트웨어를 갖춘 컴퓨터를 이용한 근적외 분광장치를 사용한 보고는 Dalal 등이 최초이며, 그들은 Technicon 회사(현 Bran+Luebbe회사)의 InfraAlyzer 500(1989년)을 가지고 풍건 토양의 이화학 성분의 정량 가능성을 검토한 결과 이제까지 근적외 분석법에 적용시켜온 다른 시료와 비교한 결과 풍건 토양시료에서도 수분과 유기물 관련 성분의 전질소나 전 탄소의 정량이 가능하다고 처음으로 밝혀 지금까지 근적외 분석법에 의한 토양분석 연구의 초석이 되고 있다.
상기 Dalal 보다 앞서 수행된 연구보고는 주로 토양시료의 근적외 스펙트럼에 나타나는 흡수가 토양성분 중의 어떤 물질에 귀속되는지 충분히 밝힐 수 없어, 어떤 성분이 왜 정량 가능한가, 아니면 앞으로 어떤 성분이 정량 가능한 것인지가 주된 관심사이었다. 그리고 토양의 수분, 전질소, 전탄소 이외의 분석 항목에 대해서는 근적외 분광법에 의한 정량 가능성이 확실하지 않았다. 이러한 추세 속에 일본의 마쯔나가(松永)는 밭 토양을 대상으로 각종 토양 이화학 성질에 대하여 근적외법에 의한 정량 가능성을 검토한 결과 1,450㎚와 1,920㎚에서의 흡수는 흡착수의 유래로 귀속되며, 1,670㎚와 1,730㎚에서의 흡수는 부식물질 유래인 것으로 추정 발표하였다. 또 토양의 입경과 점토광물 시료의 근적외 스펙트럼 해석에 의해 1,400㎚와 2,200㎚ 부근의 흡수는 각각 점토광물을 중심으로 한 광물의 수산(OH)기 의 1차배음 및 결합음일 것이라고 추정하였으며, 토양의 점토광물 등에 관련한 토양성분 분석항목의 정량 가능성이 예상된다고 하였다.
그리고 최근 가급태 질소의 정량을 검토한 논문이 몇 편 보고되었는데 토양 분석 항목으로서 전질소, 전 탄소와 같은 전체적인 함량도 중요한 것은 분명하지만 작물 생산에 있어 작물이 흡수 가능한 가급태 함량을 분석하는 것이 보다 중요하다고 볼 수 있다. 상기 가급태 질소는 국가나 지역에 따라 측정법이 크게 달라서 그 각각에 대한 근적외법으로 정량 가능성이 있는지 검토해야 한다고 지적하였다.
Meyer는 사탕수수 재배토양에서 질소의 무기화 4단계 평가가 근적외법으로 가능하다고 보고했으며, 이노우에(井上)등은 추출한 유기태 질소(인산완충액 추출법)에 대해 검토하였으나, 근적외법에 의한 측정오차는 전질소 및 전 탄소보다 낮았다는 보고가 있으며, 그 외의 보고 결과를 보면 근적외법으로 가급태 질소의 측정 가능성을 조사한 결과 종래에 사용하던 방법과 상관계수는 0.8 정도이었으며, 전 탄소에 비해 분석 정확도가 역시 낮았다는 결과를 제시한다. 그러나 가급태 질소는 본래 적용하는 방법에 따라 애매한 분석수치여서 시비관리 등에 있어 실제로 높은 정확도는 필요로 하지 않기 때문에 근적외법으로 간편히 가급태 질소가 어는 정도라도 정확하게 판단할 수 있다면 작물 생산에 있어서 그 의의는 매우 높다고 할 수 있다. 또 다른 연구 결과에 따르면 토양을 미사(50 ~ 2㎛)와 점토(2 ~ 0.2㎛)로 입경 분획하여 전질소와 전 탄소를 근적외법으로 측정하였으며, 그 결과 미사와 점토를 섞은 시료와 미사만을 시료로 하여 검량식을 작성한 경우 미사만으로 작성한 경우가 측정오차가 작아 좋은 결과가 얻어졌다고 하였다.
Sudduth 등은 야외에서 신속히 토양을 분석할 수 있도록 성능을 시험한 결과 각종 토양시료에 대해 정밀 연구용 분광광도계와 스펙트럼이 거이 차이 없이 얻어졌다고 하였다.
상기와 같은 연구 결과 등을 볼 때 토양의 성분 분석이 가능함이 확인되었으나, 이들의 실험 결과는 대부분 실험실에서의 측정가능성 등 연구 검토에 그치고 있으며, 현지토양으로 측정가능한지, 풍건 토양인 경우 미분해물의 영양여부, 신속한 시료의 조제는 가능한지, 가급태 질소의 측정 정확도의 향상은 가능한지, 근적외법에 의한 토양 성분의 판별 및 생성요인별 토양성분의 측정 등 그 가능성이 정립되지 않았다.
본 발명은 상기한 바와 같이 미정립된 근적외 영역에서의 토양의 성분 측정을 명확하게 정립하여 활용할 수 있도록 한 토양 성분 측정방법 및 측정장치에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 이미 수집된 토양 또는 현지에서 채취한 즉석 토양의 성분을 수분 이내에 측정하여 그 결과에 따라 효과적으로 이상적인 토양을 유지 및 관리할 수 있도록 한 토양 성분 측정 방법 및 측정장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 토양 성분 측정장치를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 토양 성분 측정장치의 토양 시료에 적외선 광선을 조사하는 과정 및 측정 결과를 처리하는 경로를 도시한 개략도,
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 분리부 2 : 건조부
3 : 시료 공급 및 배출부 4 : 적외선 조사부
5 : 정보처리부
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 측정방법은 토양의 성분중 유기물, 수분, 전질소 등을 분석하는 토양 성분 측정방법에 있어서, 토양 시료의 채취 및 풍건하는 준비 단계와; 상기 풍건된 토양 시료에 포함되어 있는 자갈, 지푸라기 등 이물질을 분리하면서 적정 입자의 토양만을 선별하는 분리단계와; 상기 건조된 시료를 호퍼의 측정 위치에 채우는 시료 공급단계와; 할로겐램프의 광원을 파장이 서로 다른 근적외 필터에 단계별로 통과시켜 근적외 영역의 광선을 만들며, 상기 근적외 광선이 거울을 통해 방향의 전환과 동시에 상기 시료측정부에 채워진 토양 시료 및 검출기로 구분되어 조사하는 근적외 조사 및 측정단계와; 상기 시료 공급의 호퍼에 채워진 시료에 의해 확산 반사된 광선량을 포착하여 비교하고, 비교된 결과의 데이터를 변환하여 컴퓨터에 출력하며, 컴퓨터에 입력된 내용을 유틸리티 프로그램(utility program)으로 작성된 검량식에 의해 파장별 OD치가 대입되어 계산을 한 후 최종 데이터를 프린터에 즉시 출력할 수 있는 정보처리단계와; 상기 시료의 분석과정이 완료된 후 측정 위치에 채워있던 시료의 배출단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 측정장치는 토양의 성분중 유기물, 수분, 전질소 등을 분석하는 토양 성분 측정장치에 있어서, 채취된 토양 시료와 이물질을 분리하기 위해 이들을 담는 공간을 가지며, 둘레에 다수의 토출공이 천공된 원통형의 드럼과, 상기 드럼을 회전시키는 모터 및 회전축 그리고 드럼의 토출공으로부터 배출되는 토양을 선별하는 5㎜ 의 체와, 상기 체의 하부에 배치되는 용기로 이루어진 분리부와; 상기 적정한 입자로 선별된 토양 시료를 용기에 담은 후 양측 상단에 설치된 적외선등으로 건조하는 건조부와; 근적외선이 조사되는 투시창 전면에 설치되며, 상부에는 시료 투입구를 하부에는 배출구를 갖는 통형상으로 형성되고, 상기 배출구의 상측에 시료의 배출을 위해 압축 공기로 가동되는 실린더를 장착한 시료 공급 및 배출부와; 할로겐램프의 광선을 통과시키는 근적외 필터, 근적외 광선을 방향 전환 및 분광하여 상기 시료가 있는 투시창 및 검출기로 구분되어 조사되도록 거울이 배치된 적외선 조사부와; 상기 적외선 조사부로부터 직접 조사된 광선 량과 시료로부터 확산 반사된 광선 량을 수집 및 송출하는 검출기 및 검파기와 상기 검출기 및 검파기로부터 제공받은 데이터를 정리하는 컴퓨터 그리고 정리된 데이터를 기록하는 프린터를 순차적으로 배치한 정보처리부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 토양 성분 측정장치를 도시한 사시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 토양 성분 측정장치의 토양 시료에 적외선 광선을 조사하는 과정 및 측정 결과를 처리하는 경로를 도시한 개략도이다.
본 발명의 토양 측정장치는 토양 시료를 건조하는 건조부(2)와, 토양 시료를 적정 입자로 선별하는 분리부(1)와, 토양 시료의 공급 및 배출부(3)와, 토양 시료를 분석하기 위하여 적외선 광선을 조사하는 적외선 조사부(4) 그리고 분석된 데이터의 정리 및 기록하는 정보처리부(5)로 이루어진다. 이들은 측정장소 및/또는 운반 공간에 따라 관리가 편리하도록 각각 독립체로 구성되며, 배치위치는 작업의 편리성에 따라 변화가 가능하도록 구성된다.
분리부(1)는 토양의 성분중 특히 유기물, 수분, 전질소 등을 분석하여 토양의 비옥도를 판단하고 부족한 성분을 보충하는 비배관리 작업을 위하여 먼저 채취되어 있던 토양 시료 및/또는 현장에서 채취한 즉석의 토양 시료와 이물질을 분리하기 위해 이들을 담는 공간을 갖는 원통형상이며 둘레에 이물 질과 분리된 시료만이 선별되면서 배출되는 다수의 직경 5mm 토출공(11′)이 천공된 드럼(11)과, 상기 드럼 4개를 동시에 회전시킬 수 있는 모터(12) 및 회전축(13) 그리고 드럼(11)의 토출공(11′)으로부터 배출되는 토양을 측정에 적합한 입자로 선별되도록 드럼(11)의 하부에 설치되는 4㎜ 의 체(14)와, 상기 체(14)의 하부에 선별된 시료를 수집하는 용기(15)로 구성된다.
건조부(2)는 상기 분리부(1)에서 적정 입자로 선별된 토양 시료를 담는 용기(21)와, 용기(21)에 담긴 토양 시료를 수분의 함량 조절을 위하여 건조하는 적외선등(23)이 양측 상단에 부착되어 구성된다.
시료 공급 및 배출부(3)는 상기 건조부(2)에서 얻어진 토양 시료를 측정하기 위하여 근적외선이 조사되는 석영유리의 소재로 만들어진 투시창(6) 전면에 설치되며, 상부에는 토양 시료의 투입이 용이하도록 전면으로 경사지게 돌출된 투입구(31)를 하부에는 배출구(32)를 갖는 단면이 사각형을 이루는 통형상의 호퍼(33)로 형성되고, 상기 배출구(32)를 개폐하도록 하단으로부터 적정의 위치인 상측에 시료의 채움 또는 배출을 위해 실린더(34)가 장착되며, 상기 실린더(34)는 통상의 에어 및 유압 펌프에 의하여 작동되며, 이에 한정하지 않고 설치 및 관리가 용이한 전기적인 솔레로이드 밸브를 설치하여도 무방하다.
근적외선 조사부(4)는 상부에 설치된 할로겐램프(41)와, 할로겐램프(41)의 하측에 배치되며 할로겐램프 광선을 통과시키는 근적외 필터(42)와, 근적외 필터(42)의 하부에 배치되며 근적외 광선을 방향 전환 및 분광하여 상기 시료가 있는 투시창(6) 및 검출기(7)로 구분되어 조사하는 거울(43)을 포함하여 이루어진다. 또한 상기 근적외 필터(42)가 장착된 필터 바퀴(45)는 스텝 모터(step motor)(44)에 의해 순서대로 회전 되며 근적외선 영역에서 특정 흡수 파장만 통과 시키도록 필터가 장착된 등간격으로 분할된 투시홀(45)을 갖으며, 상기 투시홀(45)은 근적외 측정 범위 영역인 1,100㎚에서 2,500㎚사이에 토양 성분을 측정하는데 필요한 근적외 영역만의 필터를 조합하여 하나의 근적외 필터 바퀴로 구성하여도 된다. 또한 할로겐램프(41)의 광원이 원하는 근적외 필터(42)의 투시홀(45)로만 조사되도록 그 상부에 홀(46)이 천공된 원판(47)을 배치하여도 무방하다.
정보처리부(5)는 상기 적외선 조사부(4)로부터 직접 조사된 근적외 광선을 받아들이며 시료로부터 확산 반사된 근적외 광선 량을 수집 및 송출하는 검출기(7) 및 검파기(7′)가 구형의 항아리 내부(71)에 배치되며, 상기 검출기(7) 및 검파기(7′)로부터 제공받은 데이터를 정리하는 컴퓨터(51) 그리고 정리된 데이터를 기록하는 프린터(52)를 순차적으로 배치하여 구성된다.
미설명된 도면 부호 8은 드럼, 용기 등을 세척하는 통상의 세척장치가 내장되는 세척부이며, 81은 드럼, 용기 및 공구 등을 건조 및 보관하는 보관부이고, 82는 시료를 담는 용기이며, 9는 전원의 공급 및 차단과 측정을 위하여 작동되는 기기들을 조작하는 전원 제어부이다.
다음은 상기한 토양 성분 측정기로 토양의 성분중 유기물, 수분, 전질소 등을 분석하는 토양 성분 측정방법에 대하여 설명한다.
먼저 준비단계에서는 토양 시료를 현장에서 채취한 것이나 운반된 것을 후술되는 분리단계에서 토양과 이물질이 용이하게 분리될 수 있도록 풍건하게 된다.
분리단계에서는 상기 풍건된 토양 시료를 드럼(11)에 담은 후 드럼(11)을 회전시키면 토양은 자갈, 지푸라기 등 이물질과 분리되면서 토출공(11′)으로 배출되고, 상기 토출공(11′)으로 배출되는 토양의 시료는 하부에 위치된 체(14)를 통과하면서 시료에 적합한 4㎜이하의 입자만을 용기(15)에 수거하게 된다.
건조단계에서는 채취된 함수 토양을 용기(21)에 골고루 퍼지게 담은 후 과분한 수분을 적외선등(23)의 약 100℃ 이상의 열원으로 약 10분간 건조한 뒤, 다시 분리 단계를 거치게 된다.
시료 공급단계에서는 상기 체를 통과한 토양 시료를 원통체를 통과한 토양을 바로 측정부위에 채운다. 시료 공급 및 배출부(3)의 투입구(31)로 담으면서 측정 위치인 투시창(6)의 상부 이상으로 채우게 된다.
근적외 조사 및 측정단계에서는 할로겐램프(41)의 광원이 근적외 필터(42)의 투과홀(45)을 통과하면서 설정되어 있던 근적외 광선을 만들게 되며, 근적외선의 영역을 변화하기 위해서는 스텝 모터(44)를 작동시켜 원하는 파장의 투시홀(45)을 선택하게 되고, 선택된 상기 근적외 광선이 거울(43)을 통해 방향의 전환과 동시에 상기 시료 공급 및 배출부(3)에 채워진 토양 시료 및 검출기(7) 주변으로 구분되어 각각 조사된다.
정보처리단계에서는 상기 시료 공급 및 배출부(3)의 호퍼(33)에 채워진 시료에 의해 확산 반사된 근적외 광선 량과 직접 검출기(7)에 전달된 근적외 광선을 검파기(7')의 황화납(PbS) 센서로 포착하여 비교하고, 비교된 결과의 데이터를 변환하여 컴퓨터(51)에 송출하며, 컴퓨터에 입력된 내용을 유틸리티 프로그램(utility program)으로 작성된 검량식에 의해 파장별 OD치가 대입되어 계산을 한 후 최종 데이터를 프린터(52)에 즉시 출력할 수 있게 된다. 상기 컴퓨터(51)에 입력된 유틸리티 프로그램은 토양 유기물, 수분 및 전질소 등의 화학데이터 입력이 가능하며, 각 성분별 검량식 작성을 위한 그룹과 작성된 검량식을 검정하는 그룹으로 나누어주는 기능 및 검정식 작성에 있어 선택된 파장과 화학분석치와 상관관계, 검량식 정확도 및 작성된 검량식에 검정한 정확도 등을 요약해서 출력하는 기능을 갖는다.
한편 1,000점의 토양으로 토양 유기물 수분 및 전질소를 상기 유틸리티 프로그램(utility program)과 종래의 방식에 의한 분석 소요시간은,
내 역 소 요 시 간
종 래 유틸리티 프로그램
화학성분치 입력 6시간 ± 1시간 30분
검량식 작성그룹 및 검정그룹의 시료 선택 20시간 ± 5시간 5분
검정식 작성 및 검정 결과 정리 10시간 ± 1시간 5분
기타 소요시간 5시간 2분
총 소요시간 약 40시간 소요 약 40분 소요
표 1에서와 같이 종래에 비해 약 60배의 시간을 단축시킬 수 있는 이점이 있을 뿐만 아니라, 검량식 작성을 위해 출력되는 용지는 종전의 경우 약 1,000장이 소용되는 반면 단 1장의 결과 테이블로 출력을 일축시킬 수 있다.
또한 컴퓨터(51)에 기억되어 있는 검량식은,
유기물% = 1.23+21.9×OD1228㎚+1739.8×OD1254㎚+65.59×OD1262㎚―42.47×OD2180㎚+ 31.8 × OD2230㎚의 식으로 계산되며, 상기 식에서 1128㎚, 1254㎚,1262㎚, 2180㎚, 2230㎚란 상기의 근적외 필터(42)의 파장을 의미하며 OD치란 각각의 파장을 통과한 근적외 광선이 토양 시료에 흡수된 정도를, 1.23은 시료의 절편을 21.9, 1739.8, 65.59 ... 등을 상수라 하며, 이들 절편과 상수는 이미 입력되어 있으므로 시료가 들어간 후 조작되어 측정되어 얻어지는 파장별 OD치만 대입되면 수초 이내에 계산되어 출력된다.
마지막 단계인 시료의 배출단계는 상기 시료의 분석과정이 완료된 후 호퍼(33)의 배출구(32) 측에 설치된 실린더(34)는 도2의 9에 설치된 개폐 제어기를 작동하여 개방시키므로써 배출구(32)를 통하여 시료가 외부로 배출되는데, 회수도 가능하다.
상기와 같은 단계를 통하여 논 밭 토양을 측정하여 분석한 결과 유기물은 1,736㎚, 1,868㎚, 2,084㎚, 2,168㎚ 및 2,212㎚로, 수분은 2,204㎚, 2,256㎚, 2,304㎚, 2,472㎚ 및 2,500㎚로 전질소는 1,216㎚, 1,396㎚, 1,400㎚, 1,408㎚, 1,872㎚, 2,168㎚, 2,208㎚, 2,268㎚ 및 2,296㎚의 근적외선 파장의 영역에서 OD치를 측정하게 되면 최적의 결과치를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 이미 수집된 토양 또는 현지에서 채취한 즉석 토양의 성분을 수분 내에 유기물, 수분 및 전질소 등의 이화학적 성분을 측정할 수 있으므로 그 결과에 따라 이상적인 토양을 유지 및 관리할 수 있는 매우 유용한 것이다.

Claims (5)

  1. 토양의 성분중 유기물, 수분, 전질소 등을 분석하는 토양 성분 측정방법에 있어서,
    함수 토양 시료를 적외선 등을 조사시켜 건조시키는 준비 단계와:
    산기 풍건된 토양 시료에 포함되어 있는 자갈, 지푸라기 등 이물질을 분리하면서 적정 입자의 토양만을 선별하는 분리단계와;
    상기 건조된 시료를 호퍼의 측정 위치에 채우는 시료 공급단계와;
    할로겐램프의 광원을 파장이 서로 다른 근적외 필터에 단계별로 통과하여 얻어진 근적외 광선이 상기 시료 공급부에 채워진 토양시료에 조사하는 근적외 스펙트럼 측정단계와;
    상기 시료 공급부의 호퍼에 채워진 시료에 파장별로 확산 반사되는 과정에서 흡광량을 포착하여 비교하고, 비교된 흡광 데이터를 변환하여 컴퓨터에 송신하며, 컴퓨터로 입력되는 내용이 검량식에 대입되어 계산된 후 최종 데이터를 프린터에 즉시 출력할 수 있는 정보처리단계와;
    상기 시료의 분석과정이 완료된 후 측정 위치에 채워있던 시료의 배출단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양 성분 측정방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 토양 시료는 입자가 Φ5mm이하인 풍건 토양이거나 함수토양 30% 이하 이라도 측정 가능한 것을 특징으로 하는 토양 성분 측정방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 토양의 성분 측정시 유기물은 1,736㎚, 1,868㎚, 2,084㎚, 2,168㎚ 및 2,212㎚로, 수분은 2,204㎚, 2,256㎚, 2,304㎚, 2,472㎚ 및 2,500㎚로 전질소는 1,216㎚, 1,396㎚, 1,400㎚, 1,408㎚, 1,872㎚, 2,168㎚, 2,208㎚, 2,268㎚ 및 2,296㎚의 적외선 파장의 영역에서 측정되는 것을 특징으로 하는 토양 성분 측정방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 컴퓨터에 토양 성분 측정용 비파괴 검량식 작성 및 검정 과정을 대폭 간소화 할 수 있는 유틸리티 프로그램(utility program)을 활용하는 것을 특징으로 하는 토양 성분 측정방법.
  5. 토양의 성분중 유기물, 수분, 전질소 등을 분석하는 토양 성분 측정장치에 있어서,
    채취된 토양 시료와 이물 질을 분리하기 위해 이들을 담는 공간을 갖으며, 둘레에 다수의 토출공이(11′) 천공된 원통형의 드럼(11)과, 상기 드럼(11)을 회전시키는 모터(12) 및 회전축(13) 그리고 드럼(11)의 토출공(11′)으로부터 배출되는 토양을 선별하는 0.2 ~ 2㎜ 의 체(14)와, 상기 체(14)의 하부에 배치되는 용기(15)로 이루어진 분리부(1)와;
    상기 적정한 입자로 선별된 토양 시료를 용기(21)에 담은 후 양측 상단에 설치된 적외선등(23)으로 건조하는 건조부(2)와;
    근적외선이 조사되는 투시창(6) 전면에 설치되며, 상부에는 시료 투입구(31)를 하부에는 배출구(32)를 갖는 통형상의 호퍼(33)가 형성되고, 상기 배출구(32)의 상측에 시료의 배출을 위해 실린더(34)를 장착한 시료 공급 및 배출부(3)와;
    할로겐램프(41)의 광선을 통과시키는 근적외 필터(42), 상기 근적외 필터(42)를 거친 근적외선을 방향전환하여 상기 시료가 있는 투시창(6) 및 검출기(7)로 조사되도록 거울(23)이 배치된 적외선 조사부(4)와;
    상기 검출기(7)에 직접 조사된 광선 량과 시료로부터 확산 반사된 광선 량의 데이터를 정리하는 컴퓨터(51) 그리고 계산된 데이터를 기록하는 프린터(52)를 순차적으로 배치한 정보처리부(5)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 토양 성분 측정장치.
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