PL215938B1 - Sposób pomiaru oprysku agrotechnicznego, w którym analizuje sie czesci rosliny pokrytej substancjami chemicznymi, zwlaszcza agrochemikaliami - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru oprysku agrotechnicznego, w którym analizuje się części rośliny pokrytej substancjami chemicznymi, zwłaszcza agrochemikaliami, znajdujący zastosowanie przy ochronie roślin w uprawach rolniczych.

Z procesem oprysku nieodłącznie związane jest zjawisko polegające na tym, że część wytworzonego aerozolu znoszona jest w sposób niezamierzony przez prądy powietrzne poza chroniony obszar. Problemy wykrywania i ograniczenia wielkości i zasięgu znoszenia uznawane są za bardzo istotne ze względu na zagrożenia, jakie niosą dla środowiska, w tym głównie sąsiadujących upraw, wód powierzchniowych, terenów zurbanizowanych i obszarów chronionych, gdzie mogą być przyczyną różnych szkód i skażeń. Jeszcze do niedawna znoszoną ciecz roboczą rozpatrywano wyłącznie jako źródło strat w wymiarze ekonomicznym i zagrożenie dla sąsiadujących upraw. Obecnie decydującego znaczenia nabiera wymiar ekologiczny, czyli znoszenie jako zagrożenie dla ludzi i zwierząt oraz wód, gleby i powietrza. Znoszona ciecz może zwiększać miejscowe naniesienie środka ochrony, stając się zagrożeniem dla fauny i flory pożytecznej.

Bardzo ważne jest również oszacowanie procesu odparowania - bądź wnikania w roślinę. Metoda Iuminescencji wzbudzonej przy różnicowym pomiarze umożliwia oszacowanie tego procesu.

Obecnie do wychwytywania znoszonych kropel aerozolu stosuje się wiele różnych próbników, przeważnie statycznych. Należą do nich karty papierowe, celofanowe, naczyńka z olejem silikonowym, płytki szklane, plastyfikowane wycinki taśmy filmowej, papier fotograficzny, długie (30 m - 80 m) taśmy papierowe rozkładane poziomo, rurki polistyrenowe, itd. Ze względu na to, że statyczne próbniki mają mały współczynnik wychwytywania, dla małych kropel i przy niskich prędkościach wiatru stosuje się urządzenie przemieszczające próbnik lub zasysające powietrze, które przechodząc przez urządzenie pomiarowe, z prędkością równą prędkości wiatru, powoduje osadzanie się kropel na bibule filtracyjnej bez zaburzeń spowodowanych obiektem (próbniki izokinetyczne). Próbniki rozmieszczane są poziomo, pionowo, na uprawie, glebie lub specjalnych urządzeniach; masztach, stojakach, balonach lub samolotach.

Analiza materiału osiadłego na próbnikach prowadzona jest metodami chemicznymi; kolorymetryczną, fluorymetryczną, a także metodami chromatografii gazowo-cieczowej.

Używane obecnie sposoby pomiaru niezamierzonego znoszenia agrochemikaliów, stwierdzanego na podstawie analiz chemicznych, charakteryzują się następującymi, niedogodnościami;

- duża praco- i czasochłonność związana z rozłożeniem i zebraniem dużej liczby próbników, a następnie dostarczeniem ich do laboratorium i przeprowadzeniem analiz,

- rozłożenie próbek i analizy chemiczne mogą być prowadzone tylko przez specjalistyczne laboratoria.

- decyzję o przeprowadzeniu pomiaru trzeba podjąć przed przeprowadzeniem oprysku, co wyklucza ewentualne rozsądzenie spraw spornych o uszkodzenia roślin na sąsiadujących uprawach.

Znany jest z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.375383 sposób identyfikacji odmian miodów za pomocą analizy widm fluorescencyjnych, który wykorzystuje zjawisko polegające na tym, że każda odmiana miodu posiada właściwe dla niej spektrum widma fluorescencji.

Znana jest również z opisu zgłoszeniowego SU1775074 A1 metoda w której określa się wpływ zabiegów przy użyciu herbicydów na uprawę kukurydzy dla ustalenia jej oddziaływania na rozwój ziarna kukurydzy. Pobiera się próbki z pola kukurydzy na którym nie zastosowano herbicydów oraz próbki z pola kukurydzy na którym zastosowano herbicydy, obie próbki naświetla się promieniami ultrafioletowymi, z próbek odczytuje się widma z rozkładem promieniowania i przez porównanie tych widm szacuje się ilość herbicydów znajdujących się w badanej uprawie kukurydzy.

Celem wynalazku jest, usunięcie niedogodności chemicznych sposobów pomiaru oprysku agrotechnicznego, w tym monitorowania zjawiska znoszenia cieczy technologicznej w trakcie oprysku roślin.

Istotę sposobu według wynalazku przedstawiono w dwóch równorzędnych wariantach.

Istota sposobu według pierwszego wariantu polega na tym, że za pomocą promieniowania UV o pasmach wzbudzeniowych 340 nm, 400 nm i 450 nm, eksponowanego cyklicznie po kolei przez czas około 10 msek wykonuje się co najmniej 20 pomiarów widm Iuminescencji wzbudzonej próbki rośliny opryskanej, po czym dokonuje się identyfikacji rośliny i substancji chemicznej, stanowiącej oprysk, przez porównanie uzyskanych widm z wzorcami, zawartymi w komputerowej bazie danych, a poprzez analizę amplitudy sygnałów substancji chemicznej określa się jej ilość na badanej próbce roślinnej.

PL 215 938 B1

Istota sposobu według drugiego wariantu polega na tym, że najpierw za pomocą promieniowania UV zawartego w przedziale od 340 do 450 nm dokonuje się pomiaru widma Iuminescencji wzbudzonej próbki rośliny nie opryskanej oraz pomiaru widma Iuminescencji wzbudzonej substancji stosowanej do oprysku, które stanowią wzorce, przy czym obydwa widma umieszcza się w urządzeniu pomiarowym, a następnie dokonuje się pomiaru widma Iuminescencji wzbudzonej próbki rośliny opryskanej i za pomocą programu komputerowego dokonuje się analizy różnicowej tego widma z wzorcami oraz analizy amplitudy widma próbki rośliny opryskanej.

Sposób pozwala na identyfikację i określenie ilości substancji, która została użyta do oprysku agrochemikaliami rośliny uprawnej, jak również po procesie parowania i po wniknięciu agrochemikaliów w roślinę.

Cechy omawianego rozwiązania są następujące: badany preparat nie wymaga wstępnego przygotowania próbki, a pomiar jest dwuetapowy. Etap pierwszy: pomiar tła, wyznaczenie charakterystyki Iuminescencji dla rośliny, dla której chcemy określić rodzaj i stopień naniesienia oprysku. Etap drugi: pomiar Iuminescencji rośliny z naniesionym opryskiem. Po odjęciu tła wyznaczamy stopień oprysku bądź brak oprysku. Sposób ten umożliwia wyznaczenie znoszenia oprysku nawet w kilka godzin po jego dokonaniu.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy, a fig. 2 - komorę pomiarową.

Urządzenie zbudowane jest z następujących zespołów: komory pomiarowej 1, spektrometru optycznego 7 pracującego w zakresie UV, komputera 8 z oprogramowaniem, zawierającym bazę widm wzbudzeniowo - emisyjnych 9.

Komora pomiarowa 1 składa się ze światłoszczelnej obudowy wewnątrz której znajdują się: źródło promieniowania UV 2, korzystnie w postaci diody elektroluminescencyjnej, układ mocowania próbki, którego istotną częścią są dwie płytki 3 ze szkła kwarcowego, między którymi, podczas pomiaru, umieszczana jest próbka 4, układ optyczny 5, wprowadzający widmo emisyjne próbki do światłowodu 6, który transmituje widmo do standardowego spektrometru UV 7.

Standardowy komputer zawiera oprogramowanie obejmujące bazę widm wzbudzeniowoemisyjnych zarówno poszukiwanych substancji chemicznych jak i tła, tzn. obiektów, na których te substancje chemiczne się znajdują, czyli zwłaszcza roślin.

W rozwiązaniu według wynalazku analizuje się widma Iuminescencji wzbudzonej części roślin, pokrytych substancjami chemicznymi, zwłaszcza agrochemikaliami. Analiza polega na różnicowej identyfikacji rośliny i substancji chemicznej przez porównanie uzyskanych widm z wzorcami, zawartymi w komputerowej bazie danych, przy czym amplitudy sygnałów substancji chemicznej umożliwiają określenie jej ilości. Dodatkowo wynalazek umożliwia tworzenie i rozbudowywanie bazy widm wzorcowych roślin i substancji chemicznych.

Pobraną próbkę 4, zwłaszcza liść rośliny z plantacji po oprysku przeprowadzonym z użyciem agrochemikaliów, umieszcza się w komorze, pomiędzy płytkami 3 i ze szkła kwarcowego, przepuszczającego promieniowanie UV. Komora 1 wyposażona jest w światłoszczelną obudowę, która eliminuje zakłócenia pochodzące od zewnętrznego promieniowania świetlnego. Próbka oświetlana jest przy pomocy źródła światła UV 2, najkorzystniej przy użyciu diod elektroluminescencyjnych UV. Wysokoenergetyczne promieniowanie UV padające na próbkę, powoduje emisję widma, którego charakterystyka zależy od rodzaju i ilości substancji, którą próbka jest pokryta. Używane są następujące pasma wzbudzeniowe: 340 nm, 400 nm i 450 nm. Każda z tych długości fali jest przyporządkowana do różnych diod, są one załączane po kolei cyklicznie na ok. 10 msek. W czasie świecenia każdej z diod elektroluminescencyjnych zbierane są oddzielne widma emisyjne z próbki badanego materiału. Cały cykl jest wielokrotnie powtarzany, korzystnie dwudziestokrotnie, by odseparować się od szumów detektora. Diody elektroluminescencyjne nie są silnymi źródłami światła, lecz ich moc jest wystarczająca dla układów detekcyjnych by zarejestrować luminescencję. Pojedynczy pomiar trwa około 2 minut, tyle samo czasu trwa pomiar tła. Pomiary są impulsowe, a czas pojedynczego wzbudzenia próbki jest dostosowany do czasu emisji promieniowania próbki, rejestrowanego przez spektrometr.

Za pośrednictwem układu optycznego 5 i światłowodu 6 widmo emisyjne przesyłane jest do standardowego spektrometru UV o zakresie pomiarowym 300 - 1000 nm, który tworzy zbiorczą charakterystykę widmową, obejmującą oznaczone substancje, wchodzące w skład próbki. Zbiorcza charakterystyka widmowa przekazywana jest do komputera 8, który, przy użyciu specjalnego oprogramowania, różnicuje widmo zbiorcze na widma poszczególnych substancji wchodzących w skład próbki, przez porównanie z wzorcowymi widmami substancji, zawartymi w bazie danych 9.

PL 215 938 B1

Możliwe jest też użycie innego trybu pomiarowego, podczas którego analizie podawane są kolejno dwie próbki: obiekt fizyczny, co do którego istnieje pewność, że nie jest pokryty substancją chemiczną i taki sam obiekt pokryty tą substancją. Sygnał różnicowy obu widm zawiera wtedy wyłącznie widmo poszukiwanej substancji chemicznej, która jest identyfikowana przez porównanie z widmami w bazie danych.

Zastosowanie światłoszczelnej głowicy z matrycą nadawczych diod UV oraz mini spektrometru o zakresie pomiarowym UV znacznie ogranicza koszty układu wzbudzenia UV. Ponadto użycie diod generujących wybrane długości fal promieniowania elektromagnetycznego z zakresu UV upraszcza proces analizy tych widm bez potrzeby analizy tła oraz natężenia światła dla pików charakterystycznych.

W procesie testowania środków ochrony roślin, okazało się, że są one bardzo charakterystyczne - natomiast nowością jest opracowanie metody wyróżniania tych środków z tła, jakimi są substancje roślinne, które też emitują charakterystyczne widma w ultrafiolecie od 340 do 450 nm.

Claims (2)

1. Sposób pomiaru oprysku agrotechnicznego, w którym analizuje się części rośliny pokrytej substancjami chemicznymi zwłaszcza agrochemikaliami, za pomocą promieniowania UV poprzez porównanie jej ze wzorcami umieszczonymi w bazie danych, znamienny tym, że za pomocą promieniowania UV o pasmach wzbudzeniowych 340 nm, 400 nm i 450 nm eksponowanego cyklicznie po kolei przez czas około 10 msek wykonuje się co najmniej 20 pomiarów widm Iuminescencji wzbudzonej próbki rośliny opryskanej, po czym dokonuje się identyfikacji rośliny i substancji chemicznej stanowiącej oprysk przez porównanie uzyskanych widm z wzorcami, zawartymi w komputerowej bazie danych, a poprzez analizę amplitudy sygnałów substancji chemicznej określa się jej ilość na badanej próbce roślinnej.

2. Sposób pomiaru oprysku agrotechnicznego, w którym analizuje się części rośliny pokrytej substancjami chemicznymi zwłaszcza agrochemikaliami, za pomocą promieniowania UV poprzez porównanie jej ze wzorcami umieszczonymi w bazie danych, znamienny tym, że najpierw za pomocą promieniowania UV zawartym w przedziale od 340 nm do 450 nm dokonuje się pomiaru widma Iuminescencji wzbudzonej próbki rośliny nie opryskanej oraz pomiaru widma Iuminescencji wzbudzonej substancji stosowanej do oprysku, które stanowią wzorce, przy czym obydwa widma umieszcza się w urządzeniu pomiarowym, a następnie dokonuje się pomiaru widma Iuminescencji wzbudzonej próbki rośliny opryskanej i za pomocą programu komputerowego dokonuje się analizy różnicowej tego widma z wzorcami oraz analizy amplitudy widma próbki rośliny opryskanej.