[发明专利]一种反射光谱法测定土壤/沉积物中元素形态的建模方法及测定方法

说明书

本发明提出了一种反射光谱法测定土壤/沉积物中元素形态的建模方法及测定方法。本发明包括：1)取土壤或沉积物样品；2)利用化学方法逐步分离并测定待测元素的N种形态的含量，获得去除了相应元素形态的残渣样品，N为自然数，N≥1；3)取去除了M种元素形态的残渣样品，以去除了M+1种元素形态的残渣样品为参照样，测定反射光谱，得第M+1种元素形态的反射光谱，M为非负整数，M+1≤N；4)利用遗传算法提取特征光谱，通过最小二乘回归建立光谱模型。本发明直接获得了元素形态的反射光谱，操作简单，不需要相应元素形态的纯净样品，也不需要消耗大量的化学试剂，最大限度地排除了添加物质对反射光谱的影响，可以速测元素形态含量。

技术领域

本发明涉及土壤元素分析的技术领域，特别是指一种反射光谱法测定土壤/沉积物中元素形态的建模方法及测定方法。

背景技术

土壤或沉积物中的元素形态对于研究土壤或沉积物的生态过程具有重要价值。例如：土壤碱解氮、有效磷、有效钾等是植物生长发育最直接的养分参数，铁磷是研究沉积物中有机碳动态的重要参数，有机碳含量是估算土壤或沉积物中碳储量的主要指标。

目前，上述元素形态的测定方法非常繁琐。随着信息化的发展，迫切需要发展这些元素形态的速测技术。可见-近红外光谱分析技术是一种快速、简便、无损的绿色分析技术，具有分析速度快、多参数同时测定、样品不需要预处理或简单的预处理、远距测定和实时分析、操作简单等优点，将是未来土壤元素形态速测的主流技术。

但是，由于这些元素形态的提取方法比较繁琐，而且需要使用大量的化学试剂，难以直接获取足量的这些元素形态的纯净样品；此外，提取过程中使用的化学试剂等添加物质还会影响这些元素形态的可见-近红外光谱反射光谱。因此，可见-近红外光谱分析技术很难采集到土壤或沉积物中元素形态的反射光谱，从而为土壤或沉积物中元素形态的快速测定带来很大困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种反射光谱法测定土壤/沉积物中元素形态元素的建模方法及测定方法，旨在解决现有技术中元素形态的提取方法比较繁琐、很难获得足量纯净样品因而不能对其进行快速测定的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

在一个方面，本发明的一种测定土壤/沉积物中元素形态的建模方法，包括以下步骤：1)取土壤或沉积物样品，去除杂质，预处理，备用；2)将步骤1)所得的预处理后的土壤或沉积物样品利用化学方法逐步分离以去除待测元素的某种元素形态，每步分离之后，滤液部分用于测定土壤或沉积物样品中这种元素形态的实际含量，滤渣部分是去除了这种元素形态的残渣样品，残渣样品继续分离以去除待测元素的另一种形态，依次类推，去除待测元素的所有形态，得N种去除了待测元素相应形态的残渣样品和N种土壤或沉积物样品中相应元素形态的实际含量，N为自然数，N≥1；3)取去除了M种元素形态的残渣样品，并以去除了M+1种元素形态的残渣样品为参照样，测定可见-近红外反射光谱，得待测元素第M+1种元素形态的反射光谱，M为非负整数，M+1≤N，共得N种待测元素相应元素形态的反射光谱；4)将步骤3)所得的N种待测元素相应元素形态的反射光谱，利用化学计量学分析方法提取特征光谱，将提取的特征光谱与步骤2)所得的土壤或沉积物样品中相应元素形态的实际含量，通过最小二乘回归建立光谱模型，得反射光谱法测定土壤/沉积物中元素形态的模型。

本发明以去除了M+1种元素形态的残渣样品为参照，测定相邻的去除了M种元素形态的残渣样品的反射光谱，可以直接获得第M+1种元素形态的可见-近红外反射光谱，获得方法简便；而且，本发明的样品处理过程简单，不需要得到相应元素形态的纯净样品，也不需要消耗大量的化学试剂；由于测定的残渣样品和作为参照样的残渣样品使用了相同的化学试剂，因此，本发明还最大限度的排除了添加物质对反射光谱的影响。本发明的这种测定土壤/沉积物中元素形态的建模方法为建立土壤/沉积物中元素形态的光谱速测技术提供了最重要的前提条件，可以实现土壤/沉积物中待测元素不同元素形态的光谱速测，推动了土壤或沉积物中复杂生态参数的快速测定进展。