RU2698954C1 - Method of quantitative determination of humus - Google Patents
Method of quantitative determination of humus Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698954C1 RU2698954C1 RU2018128068A RU2018128068A RU2698954C1 RU 2698954 C1 RU2698954 C1 RU 2698954C1 RU 2018128068 A RU2018128068 A RU 2018128068A RU 2018128068 A RU2018128068 A RU 2018128068A RU 2698954 C1 RU2698954 C1 RU 2698954C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- humus
- soil
- quantitative determination
- cmand
- intensity
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000003864 humus Substances 0.000 title claims description 15
- 239000002689 soil Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 4
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 5
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 5
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004141 dimensional analysis Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 7
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000003905 agrochemical Substances 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000011545 laboratory measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011005 laboratory method Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003415 peat Substances 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к способам количественного определения гумусовых веществ в почвогрунте на основе метода ИК-спектроскопии, и может быть использовано при экологическом мониторинге окружающей природной среды, а также в сельском и лесном хозяйстве.The present invention relates to methods for the quantitative determination of humic substances in the soil based on the method of IR spectroscopy, and can be used in environmental monitoring of the environment, as well as in agriculture and forestry.
Количественный способ определения органических веществ в почвогрунте, основанный на методе ИК-спектроскопии, служит для контроля содержания гумуса при проведении экологического и сельскохозяйственного мониторинга окружающей природной среды как природопользователями и природоохранными органами, так и сельхозпроизводителям. Истощение почв в основном происходит из-за использования безоргановозвратных систем земледелия, дефляции и гидроэрозии. Истощение почв из-за потери гумуса может привести к значительной потери урожая, частичной или полной потере плодородных свойств и в худших случаях - к опустыниванию.A quantitative method for the determination of organic substances in soil, based on the method of IR spectroscopy, is used to control the content of humus during environmental and agricultural monitoring of the environment by both nature users and environmental authorities, and agricultural producers. Soil depletion is mainly due to the use of organically non-return systems of agriculture, deflation and hydroerosion. Soil depletion due to the loss of humus can lead to a significant loss of yield, a partial or complete loss of fertile properties, and in the worst cases, to desertification.
Среди существующих стандартных методик проведения анализа наибольшее распространение, в частности, при выполнении экологического мониторинга, получил метод ИК-спектроскопии, благодаря возможности применения данного метода для целей анализа широко распространенных спектральных приборов.Among the existing standard methods of analysis, the most widespread, in particular, when performing environmental monitoring, received the method of IR spectroscopy, due to the possibility of using this method for the analysis of widespread spectral instruments.
Известен способ определения агрохимических показателей почв с использованием ИК отражательной спектроскопии в ближней области спектра [Заявка на изобретение №93001168/25].A known method for determining the agrochemical parameters of soils using IR reflective spectroscopy in the near spectral region [Application for invention No.93001168 / 25].
Данное изобретение основано на уже известном способе определения гумуса и создано для упрощения этой методики и повышении точности. Для получения градуировочных уравнений были выделены оптимальные длинны волн для гумуса. Данный способ предполагает использование большого количества спектральных полос. Такое решение не пригодно в полевых условиях и для экспресс-анализа.This invention is based on the already known method for determining humus and was created to simplify this technique and improve accuracy. To obtain calibration equations, optimal wavelengths for humus were identified. This method involves the use of a large number of spectral bands. Such a solution is not suitable in the field and for rapid analysis.
Существует метод определения гумуса рентгенодифрактометрическим методом [Заявка на изобретение №2012867]. Отобранную пробу облучают светом и регистрируют ИК-спектр поглощения. По отношению оптических плотностей в максимуме полос поглощения определяют степень разложения торфа, используя калибровочный график. Данная методика обладает точностью 90-95%, однако она не пригодна в полевых условиях и требует длительную пробоподготовку. Для проведения анализа необходимо применение сложной и стационарной аппаратуры.There is a method for determining humus by X-ray diffractometry [Application for invention No. 2012867]. The selected sample is irradiated with light and the infrared absorption spectrum is recorded. The ratio of optical densities at the maximum of the absorption bands determines the degree of decomposition of peat using a calibration curve. This technique has an accuracy of 90-95%, however, it is not suitable in the field and requires long sample preparation. For analysis it is necessary to use complex and stationary equipment.
Прототипом для нашего изобретения является способ количественного определения нефтяных углеводородов в почве методом ИК-спектроскопии [Заявка на изобретение №2013150047]. Данная методика отличается тем, что для определения массовой доли вещества в почве используется метод дифференцирования спектров нарушенного полного внутреннего отражения почвогрунта. На основе полученных данных строится многомерная калибровочная модель концентрационных характеристик, позволяющая сделать вывод о содержании вещества в исследуемом образце, но данная методика узконаправленна, позволяет определять только количественное содержание углеводородов, и сложна для применения в полевых условиях.The prototype for our invention is a method for the quantitative determination of petroleum hydrocarbons in soil by IR spectroscopy [Application for invention No. 2013150047]. This technique is characterized in that to determine the mass fraction of the substance in the soil, the method of differentiation of the spectra of the disturbed total internal reflection of the soil is used. Based on the data obtained, a multidimensional calibration model of concentration characteristics is constructed, which allows us to conclude about the substance content in the test sample, but this technique is narrowly targeted, it allows only quantitative hydrocarbon content to be determined, and is difficult to use in the field.
Техническим результатом изобретения стало создание прямого спектрального способа количественного определения содержания гумусовых веществ, позволяющего быстро получать результат анализа с точностью до 85% в полевых условиях.The technical result of the invention was the creation of a direct spectral method for the quantitative determination of the content of humic substances, allowing you to quickly get the analysis result with an accuracy of 85% in the field.
Технический результат достигается тем, что используется способ количественного определения гумуса, включающий измерение интенсивности спектров нарушенного полного отражения гумусовых веществ в ИК-области, отличающийся тем, что для измерений выделяют три области спектра: 1610-1640 см-1; 2800-3100 см-1; 3300-3500 см-1, затем методом математической обработки трех аналитических сигналов спектров нарушенного полного внутреннего отражения почвогрунта, содержащего гумус, углеводороды и воду строят многомерную калибровочную модель концентрационных характеристик, позволяющую сделать вывод о количественном содержании гумуса в почвогрунте.The technical result is achieved by using a method for the quantitative determination of humus, including measuring the intensity of the spectra of the impaired total reflection of humic substances in the infrared region, characterized in that three spectral regions are distinguished for measurements: 1610-1640 cm -1 ; 2800-3100 cm -1 ; 3300-3500 cm -1 , then by the method of mathematical processing of three analytical signals of the spectra of impaired total internal reflection of the soil containing humus, hydrocarbons and water, a multidimensional calibration model of concentration characteristics is constructed, which allows us to draw a conclusion about the quantitative content of humus in the soil.
Пример выполнения способаAn example of the method
Расчет концентрации гумуса ведется по формуле:The calculation of the concentration of humus is carried out according to the formula:
С=А×I1+I2+С×I3 C = A × I 1 + I 2 + C × I 3
I1 - интенсивность гумусовых веществI 1 - the intensity of humic substances
I2 - интенсивность водыI 2 - water intensity
I3 - интенсивность углеводородовI 3 - the intensity of hydrocarbons
Методика реализуется с использованием световодного зонда, портативных ИК-спектрометра и ЭВМ (фиг. 1).The technique is implemented using a light guide probe, a portable IR spectrometer, and a computer (Fig. 1).
В представленной схеме (фиг. 1) источник света - 1 передает свет по ИК-оптоволокну к зонду - 3, кристалл НПВО которого позволяет направить излучение на образец грунта - 4 и получить отраженный сигнал, который направляется в ИК-спектрометр - 2. Система управляется ЭВМ - 5, на которой происходит преобразование полученного спектра отражения посредством многомерной калибровочной модели концентрационных характеристик, на основе которой делают вывод о содержание гумуса в почве.In the presented scheme (Fig. 1), the light source - 1 transmits light through an infrared optical fiber to a probe - 3, whose ATR crystal allows directing radiation to a soil sample - 4 and receiving a reflected signal that is sent to an IR spectrometer - 2. The system is controlled A computer - 5, on which the obtained reflection spectrum is transformed by means of a multidimensional calibration model of concentration characteristics, on the basis of which a conclusion is made about the humus content in the soil.
В ходе испытаний были исследованы модельные образцы почвогрунта, приготовленные путем добавления к почвогрунту гумусовых веществ (массовая доля от 0,1 до 10%) и воды (массовая доля от 1 до 20%), и реальные образцы гумусовых почв. Испытания проводились референтным лабораторным методом по ГОСТу 23740-2016 и методом прямой зондовой ИК-спектроскопии, который описан выше. На основе полученных данных было доказано, что воспроизводимость лабораторных результатов измерений нашим методом составляет не менее 91%.During the tests, model soil samples prepared by adding humic substances (mass fraction from 0.1 to 10%) and water (mass fraction from 1 to 20%), and real samples of humus soils were investigated. The tests were carried out by the reference laboratory method in accordance with GOST 23740-2016 and the direct probe infrared spectroscopy method described above. Based on the data obtained, it was proved that the reproducibility of laboratory measurement results by our method is at least 91%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018128068A RU2698954C1 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Method of quantitative determination of humus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018128068A RU2698954C1 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Method of quantitative determination of humus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2698954C1 true RU2698954C1 (en) | 2019-09-02 |
Family
ID=67851469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018128068A RU2698954C1 (en) | 2018-07-31 | 2018-07-31 | Method of quantitative determination of humus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2698954C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101210875A (en) * | 2007-12-25 | 2008-07-02 | 浙江大学 | Damage-free measurement method for soil nutrient content based on near infrared spectra technology |
| CN105486655A (en) * | 2015-11-23 | 2016-04-13 | 中国科学院南京土壤研究所 | Rapid detection method for organic matters in soil based on infrared spectroscopic intelligent identification model |
| CN105784628A (en) * | 2016-02-29 | 2016-07-20 | 上海交通大学 | Method for detecting chemical composition of soil organic matter with mid-infrared spectra |
-
2018
- 2018-07-31 RU RU2018128068A patent/RU2698954C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101210875A (en) * | 2007-12-25 | 2008-07-02 | 浙江大学 | Damage-free measurement method for soil nutrient content based on near infrared spectra technology |
| CN105486655A (en) * | 2015-11-23 | 2016-04-13 | 中国科学院南京土壤研究所 | Rapid detection method for organic matters in soil based on infrared spectroscopic intelligent identification model |
| CN105784628A (en) * | 2016-02-29 | 2016-07-20 | 上海交通大学 | Method for detecting chemical composition of soil organic matter with mid-infrared spectra |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105008898B (en) | The system and method for LIBS and IR absorption spectrometry researchs for combination | |
| Askari et al. | Evaluation of soil quality for agricultural production using visible–near-infrared spectroscopy | |
| Gehl et al. | Emerging technologies for in situ measurement of soil carbon | |
| Raphael | Application of FTIR spectroscopy to agricultural soils analysis | |
| Vibhute et al. | Determination of soil physicochemical attributes in farming sites through visible, near-infrared diffuse reflectance spectroscopy and PLSR modeling | |
| Knadel et al. | Comparing predictive abilities of three visible-near infrared spectrophotometers for soil organic carbon and clay determination | |
| Laskar et al. | Optical sensing methods for assessment of soil macronutrients and other properties for application in precision agriculture: a review | |
| Gorton et al. | Measurement of the optical properties of leaves under diffuse light | |
| Lu et al. | Effects of adaxial and abaxial surface on the estimation of leaf chlorophyll content using hyperspectral vegetation indices | |
| Qiao et al. | Near-infrared spectroscopy technology for soil nutrients detection based on LS-SVM | |
| Xu et al. | Determination of rice root density at the field level using visible and near-infrared reflectance spectroscopy | |
| RU2698954C1 (en) | Method of quantitative determination of humus | |
| Todorova et al. | Near infrared spectra and soft independent modelling of class analogy for discrimination of Chernozems, Luvisols and Vertisols | |
| Petrov et al. | Evaluation of the metrological characteristics of Raman analyzer of natural gas | |
| US9624769B2 (en) | Determination of fluid compositions | |
| CN105784629B (en) | The method that the stable carbon isotope ratio of soil is quickly detected using middle infrared spectrum | |
| CN105699314B (en) | A method of detecting soil stabilization carbon isotope ratio using middle infrared spectrum | |
| Lopo et al. | Classification of Vineyard Soils Using Portable and Benchtop Near‐Infrared Spectrometers: A Comparative Study | |
| CN102262055B (en) | Method for measuring residual quantity of acrylamide monomer in polyacrylamide substances | |
| Piccini et al. | In‐field soil spectroscopy in Vis–NIR range for fast and reliable soil analysis: A review | |
| Mondal et al. | VIS-NIR reflectance spectroscopy for assessment of soil organic carbon in a rice-wheat field of Ludhiana district of Punjab | |
| Pan et al. | Detection of chlorophyll content based on optical properties of maize leaves | |
| RU2769531C1 (en) | Assessment of organic matter content in oil-producing rocks containing type ii kerogen | |
| Haritha et al. | Soil Urea Analysis Using Mid-Infrared Spectroscopy and Machine Learning | |
| Loshelder | Soil moisture content determination by means of the electromagnetic spectrum |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200801 |