近红外光谱用于土壤锌的快速分析及其稳定性-论文.pdf

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1、第14卷第4期2014年2月科学技术与工程Vo1．14No．4Feb．20141671—1815(2014)04—0150—04ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．近红外光谱用于土壤锌的快速分析及其稳定性杨亚娜潘涛'李敏妙姚立军(光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室(暨南大学)，广州510632；土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所)，南京21000)摘要利用近红外(NIR)光谱结合偏最小二乘(PLS)回归研究珠三角农田土壤锌含量的无试剂快速定量分析方法，基于定标集、预测集的多次划分讨论

2、模型的稳定性。将全部扫描谱区(4OO～2498nm)分成可见区(400～780nm)、短波近红外区(780～1100nm)、长波近红外区(1100～2498nil)和全近红外区(780—2498nm)。经过比较、检验，长波近红外区达到最好的模型效果和稳定性，其最优PLS因子个数为8，检验集的预测均方根偏差(V-SEP)和预测相关系数(一)分别为78．847mg／kg和0．731。结果表明，长波近红外光谱可以应用于土壤锌含量的无试剂快速定量分析。关键词土壤锌长波近红外偏最小二乘稳定性中图法分类号0433．4S151．9；文献标志码A随着工业发展产生的废弃物排放，以及人类对剂测定土壤

3、重金属的可行性，作者采用400～2500矿山开采等其他一些活动，土壤污染尤其是重金属nm波段和偏最小二乘(PLS)回归，建立了定标预测污染比较突出，土壤上生长着的农作物也随之受到模型，但没有进一步的波段筛选和稳定性分析。由一定程度的威胁，并可能通过食物链危害人类的健于土壤种类繁多，土壤重金属污染类型也很多，波段康。土壤重金属检测是当前农业领域的重要基础性优选和模型稳定性分析是具有应用价值的进一步的工作。但是既有的土壤重金属的检测方法，不仅需研究方向。本文侧重于这方面的研究，将针对珠江要消耗化学试剂，而且过程复杂费时，并要求操作者三角洲滩涂围垦农田土壤锌含量的近红外光谱测具备较高的

4、专业技能，难以满足现代大规模农业发定，开展波段优选和模型稳定性的研究。展的需要。1实验与方法近红外(NIR)光谱是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的。主要反1．1实验材料、仪器和测量方法映的含氢基团x—H(如c—H、N—H、O—H等)振收集到珠江三角洲滩涂围垦农田土壤的162个动的倍频和合频吸收。由于近红外光谱吸收强度样品，经干燥后磨碎，并通过0．25mm孔筛，用于光弱，对大多数类型的样品，不需要进行预处理，便可谱测定。根据中华人民共和国国家标准9和中华直接进行测量，这使得它在快速、实时、在线和原位人民共和国环境保护行业标准u，采用火焰原子吸分析方面具有明

5、显的优势，已成功应用于包括土壤收分光光度法测量样品的锌含量，作为光谱分析的分析的很多领域J。由于土壤中一些重金属元素建模和检验的参考值(实测值)。全体样品锌含量很容易与一些含有c—H键的有机化合物结合，因范围为32．334～594．130mg／kg，其均值、标准偏差此，近红外光谱也可望用于土壤重金属的测定。文分别为2l1．535mg／kg和131．074mg／kg。献[4]以锌与镉为例，探讨了可见一近红外光谱无试光谱仪器为XDSRapidContent型近红外光栅光谱分析仪(丹麦FOSS公司)和圆形漫反射样品附2013年7月12日收到，1O月16口修改国家自然科学基金件。光谱扫描

6、范围400～2498nm(包含全近红外区(61078040)、土壤与农业可持续发展国家熏点实验室和大部分可见光区)；波长问隔2nm；400～1100、(中国科学院南京土壤研究所)开放课题基金(0812201201)资助1100～2498nm波段分别用Si、PbS探测器。每个通信作者简介：潘涛(1964一)，男，博士，教授，博士生导师。研样品测量三次，三次光谱的均值作为样品光谱数据。究方向：光谱技术、生物医学信息技术和应用数学。E．mail：tpan@实验温度、湿度分别为(25-4-1)℃、(46．4-1)％RH。jnu．edu．CB。1．2样品集划分、模型评价体系光谱分析的模型稳

7、定性在应用中具有重要意4期杨亚娜，等：近红外光谱用于土壤锌的快速分析及其稳定性151义。实验结果表明，定标集和预测集的不同划分会它们分别用于评价(建模)预测精度和稳定性，导致预测效果和模型参数的波动，往往容易产生不其中，M—SEP、M—SEP越小，表明模型的预测精度稳定的结果。由于工作量大，既往研究中很少涉及越高且稳定。根据最小M．SEP优选模型参数(最模型稳定性的讨论。基于定标集和预测集的多个不优PLS因子个数等)。最后，利用检验集对优选的同划分建立近红外分析模型，可以讨论模型