EcoChem 土壤碳庫快檢系統

土壤固碳科學研究如今已發展為全球生態學、環境科學和農業技術發展的熱點。促進土壤固碳及其相關內容的研究有著重要的意義。土壤碳儲量是土壤中碳的總量，一般是通過模型估算得到的。但具體到某一地塊土壤的碳儲量，則可以用地塊樣地采樣來測定總碳含量。土壤固碳中碳元素的檢測有很多方法，其中激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術是一種最快速的檢測手段。當激光作用于樣品表面時，在極短的時間內誘導產生含有樣品物質信息的等離子體。通過對等離子體發出的光譜進行收集分析，建立光譜與元素一一對應的關系。由此可以檢測出元素周期表中的大部分元素，檢測限可達ppm級。通過標準物質定標后可以進一步得到元素的含量信息。

從碳儲量來看，儲量豐富的為粗骨土和棕壤，潮土和褐土儲量也較豐富。還有水稻土、砂礓黑土、石質土等，也具有較好的固碳效應。我們利用LIBS技術研究棕壤中碳元素的光譜特性、快速測量方法、標準曲線的制作以及全碳含量的計算等。我們取0-20cm的棕壤土樣進行實驗。土壤過篩烘干后，進行壓片處理，壓力20噸，保壓時間5分鐘。

碳元素的特征譜線是247.9nm，見左上圖，信號強且易于識別，我們對樣品進行100次測量，激光頻率為10Hz，整個測量時間不到1分鐘，測量速度遠遠快于其他測量方法，真正實現元素快檢。從右上圖可以看出，對于同一個樣品測試100次所得碳元素含量離散較大，這是由于激光脈沖間能量起伏及自吸收所造成的。為了消除這種影響，要進行規范化處理，即用碳的譜線強度除以整個等離子體發射光譜的強度。經規范化處理后的數據結果見右上圖中空心圓所示，明顯可以看出數據離散性變小。

取7個標準樣品進行定標，擬合出碳元素測量的定標曲線，見左上圖所示，相關系數R為0.996。為了驗證標準曲線進行元素含量預測的準確度，我們另外取5個樣品進行含量反演實驗，結果如右上圖所示。測試結果重復性較好，測量值的絕對誤差小于等于1.42%。確定了標準曲線，我們就可以大批量對待測土壤樣品中碳元素的實際含量進行計算了。

EcoChem 土壤碳庫快檢系統主要技術指標：

激光系統：

激光能量：200mJ@1064nm，能量輸出0-100%可調；（25mJ@266nm激光可選）

光斑質量控制系統

重現率：20Hz，脈寬<6ns，DI水冷卻系統

光斑大小：50-300μm連續可調

激光光閘：自動雙光閘，穩定控制激光能量和LIBS信號

激光安全：I級，有激光鎖定保護裝置

檢測器：譜寬可覆蓋全部元素測量范圍，可以測量C，P，Mg，Si，Fe，Ca，Na，K，N，H，O等元素周期表中全部元素信息，光譜波長精度：±0.08nm ；光譜分辨率0.10nm @400 nm；門延遲時間0.5ns-1ms。

具有自動高度調整的功能

工作臺：

全自動XYZ行程，XY行程100mm×100mm，Z行程50mm，速度0-10mm/s

XY行程分辨率：0.2μm，Z行程分辨率：1μm

樣品室可通入氦氣或氬氣

操作軟件：

中文軟件界面，包含NIST和ElementLIBS元素識別數據庫。可以輕松檢測和識別元素周期表上的元素并進行信息標記。軟件還同時具備如下功能：軟件可針對所有硬件部件（激光器，光譜儀，三維工作臺，氣路等）進行指令操作，界面友好，操作直觀，使用簡單；內置多種打樣方式選擇，包括單點，多點，直線，矩陣點等；具有自動聚焦控制，可快速且方便的識別樣品；可對系統內置的雙鏡頭（全景視野和放大視野）進行控制；內置PLS，PCR等多種定標計算模型，可快速計算元素含量；內置PCA，HCA等多種計算模型，可進行元素分類分析及溯源；可進行元素的分布（mapping）分析；對氣路進行精準控制；內置txt, dat等多種數據格式的轉換；內置國內多種常見土壤和植物標準曲線庫，方便用戶參考和調用。

數據處理中心：

專用四核CPU ，16GB內存臺式電腦及27’顯示器

可選配件：

臺式壓片機，氦氣或氬氣