[发明专利]一种手持式原位测定土壤硝态氮的装置及其检测方法

说明书

本发明涉及一种手持式原位测定土壤硝态氮的装置及其检测方法，所述装置包括外壳和设置在外壳内的内部模块；在所述外壳内设有光源、反射光路、检测器和控制模块；在外壳下端的中心部位设有开孔，开孔处设有ATR晶体探头，开孔周边设有细管状的插土头；所述反射光路将所述光源发出的红外光发射到ATR晶体探头，再将ATR晶体探头的发射光发射到所述检测器；所述检测器模块将光学信号转化为数字信号，发送至所述控制模板，所述控制模块对光谱信息进行处理和分析。本发明专用装置为手持式，首次实现基于光谱的田间原位测定，适合田间及现场快速取样检测。

技术领域

本发明属农业土壤检测方法领域，具体涉及一种基于红外光谱和硅晶体探头材料的手持式田间土壤硝态氮原位测定仪器及其使用方法。

背景技术

土壤硝态氮是不仅是土壤氮素转化的重要存在形态，也是作物吸收氮素的主要形态，其含量高低也是衡量土壤肥力的重要指标之一。土壤硝态氮含量直接影响作物的生长及产量，原位、快速获取土壤硝态氮含量，能够对作物管理和调控起到指导作用。

现有土壤硝态测定方法主要采用比色法、紫外分光光度法、离子色谱法、和离子专用电极法等。但以上研究方法都是基于实验室测定完成，需要对土壤样本进行田间采集、样本前处理、使用化学试剂、人工成本高，且存在其他物质在测定过程中产生干扰等。

基于红外光谱对硝态氮含量的测定近年来也有一定研究，中红外傅立叶变换衰减全反射光谱是目前采用的光谱方法之一，红外光以一定角度穿过到衰减全反射晶体后一部分光进入到待测样本发生部分吸收再返回晶体，经过多次反射，获取衰减全反射光谱。但目前已有的基于红外光谱的方法由于技术限制，如硒化锌晶体材质较软，在检测土壤样本易被划损而影响检测结果、金刚石质地坚硬单成本昂贵；由于晶体材料限制，红外光路单次反射获得光谱信号较弱，光路多次反射能获得较好信号但设备成本提高、体积变大且增加了检测时间；另外采样时需将样本采集后移至于设备的样品池后再进行测定等，无法满足田间原位测定的需求。因此，能够开发新的方法实现土壤硝态氮田间原位的测定，在土壤农业领域具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一个可在田间进行土壤硝态氮原位测定专用装置，可用于田间测定土壤中硝态氮浓度。进一步地，本发明提供了一种利用所述的土壤硝态氮装置测定土壤硝态氮含量的方法。

实现本发明一个发明目的的技术方案是：一种手持式原位测定土壤硝态氮的装置，所述装置包括外壳和设置在外壳内的内部模块；所述内部模块包括光源、反射光路、检测器和控制模块；在外壳下端的中心部位设有开孔，开孔处设有ATR晶体探头，开孔周边设有细管状的插土头；

所述反射光路将所述光源发出的红外光发射到ATR晶体探头，再将ATR晶体探头的发射光发射到所述检测器；

所述检测器模块将光学信号转化为数字信号，发送至所述控制模板，所述控制模块对光谱信息进行处理和分析。

上述技术方案中，所述衰减全反射（ART）晶体是设备的核心部件之一，其功能为：红外光以一定角度穿过到衰减全反射晶体后一部分光进入到待测样本，红外光束在ATR晶体内发生衰减发射后到达检测器，只进行反射后即可获取所需样本信号。设备内部模块光源模块、反射光路模块、检测器模块、电路主板模块和控制模块均置于封闭空间中，用于避免外界光线、水分以及外部环境如土壤、灰尘的干扰。所述开孔部位设有细管状的插土头，一方面将硅晶体探头置于其底端对ATR晶体起到保护作用，另一方面利于插入土中，其功能为可使装置固定于田块，且通过压力使ATR晶体与土壤紧密接触。

作为本发明的进一步改进，所述外壳的上部为管状，下部为漏斗状，漏斗嘴部为所述插土头，所述插土头外套有探头保护盖。所述探头保护盖硅晶体探头保护盖，在装置使用完毕后盖好用于保护硅晶体探头。