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近红外光谱的土壤分析确定碳氢化合物污染物

    

对环境研究和农业至关重要。在实践中,以前用于此目的的所有常规方法都需要耗时的采集和运输受污染土壤样品到实验室。因此,便携式 近红外光谱仪在这一应用中迅速引起了广泛关注。文献中已经详尽地研究了用于此类任务的小型化 近红外光谱仪的分析可行性。[ 83 , 84 ] 例如,O'Brien 等人。开发了一种使用 Micro近红外光谱仪分析土壤中碳氢化合物污染的方法。 [83] 尽管此类样品具有异质性,但仍可以对土壤中的碳氢化合物污染物进行高度准确和可靠的定量分析。不久之后,Altinpinar 等人进行了一项类似的研究。证明 microPHAZIR 是一种 MEMS-Hadamard 光谱仪,能够快速分析土壤中的碳氢化合物污染物(汽油、柴油和石油),同时将交叉验证的标准误差保持在 0.3 到 0.5 % (w/w) 之间,具体取决于类型的土壤。 [84] 这些早期研究证明了小型化 近红外光谱仪在现场、实时评估污染土壤以进行修复应用方面的巨大潜力。从最近发表的许多文章(例如,参考文献 [ 85 , 86 , 87 ])中可以看出,人们对使用 NIR 光谱分析土壤质量和污染的浓厚兴趣。

重要的是,土壤特征本身在农业中仍然具有浓厚的兴趣。土壤类型的分类以及对土壤物理、生物和化学特性及其栽培质量的预测,通常需要复杂的、资源密集型的方法,通常结合实地观察和实验室分析。 [88] 因此,将微型近红外光谱仪应用于此类任务提供了决定性的收益。Lopo 等人的一项研究。证明了使用便携式色散 近红外光谱仪(型号 NIR-512,Ocean Optics)对葡萄园土壤进行分类的可行性。 [88] 根据土壤类型,具有 75% 至 100% 准确度的拓扑相似来源的样品被识别。将便携式仪器的性能与台式仪器进行了比较;有趣的是,两者都取得了同样好的结果。唐等人。比较了四种不同的紧凑型/便携式 Vis/NIR 仪器(包括 NeoSpectra 小型化 近红外光谱仪)在快速分析土壤以预测各种特性(粘土、沙子和总碳 (TC) 含量)方面的性能;阳离子交换容量(CEC);酸碱度;和可交换的镁和钙含量。 [89] 尽管操作光谱窗口很窄,但 NeoSpectra 设备的表现令人钦佩,仅在预测 TC、沙子和粘土含量时精度略低。 [89]

在另一项研究中,将微型 近红外光谱仪 与在 Vis/SW-NIR/NIR 光谱区域 (350–2500 nm) 上运行的高性能紧凑型台式仪器进行了比较。该分析旨在确定土壤中的有机碳 (OC) 和 TC 含量,它们是作物种植土地适宜性的重要参数。尽管台式仪器提供了更好的性能,但 NeoSpectra 设备产生了统计上可接受的预测,得出的结论是满足预期目的。然而,在这种情况下,光谱分析之前是实验室样品制备程序(干燥、研磨和筛分)。有必要进一步研究验证小型化 NIR 光谱作为完全原位方法。 [90]