Способ количественного определения гумуса Российский патент 2019 года по МПК G01N21/35 

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.

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.

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.

Известен способ определения агрохимических показателей почв с использованием ИК отражательной спектроскопии в ближней области спектра [Заявка на изобретение №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.

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.

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.

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.

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.

Пример выполнения способа

Расчет концентрации гумуса ведется по формуле:

С=А×I₁+I₂+С×I₃

I₁ - интенсивность гумусовых веществ

I₂ - интенсивность воды

I₃ - интенсивность углеводородов

Методика реализуется с использованием световодного зонда, портативных ИК-спектрометра и ЭВМ (фиг. 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.

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%.

Изобретение относится к способам и устройствам для контроля состояния окружающей среды. Способ анализа органических веществ в почвогрунте заключается в прямом спектральном измерении массовой доли гумусовых веществ за счет определения интенсивности отражения световой волны в трех диапазонах: 1610-1640 см^-1, 3300-3500 см^-1 и 2800-3100 см^-1 и построении калибровочной модели с применением методов многомерного анализа на основе спектров почвогрунта, полученных в рабочей области и представленных в численном виде. Изобретение позволяет повысить точность измерений в полевых условиях. 1 ил.

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.