农作物秸秆中金属元素快速定量分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于分析测试技术领域，具体涉及农作物秸杆中金属元素的快速定量分析 方法。
【背景技术】
[0002] 我国农作物秸杆十分丰富，年产约9亿吨。农作物秸杆是重要的生物质资源，作 物秸杆资源的利用不仅涉及到广大农村的千家万户，也涉及到整个农业生态系统中土壤肥 力、水土保持、环境安全以及再生资源有效利用等可持续发展问题。快速定量表征分析农作 物秸杆的有机、无机化学组成等基础特性对于实现其高效、优质资源化利用具有重要的现 实意义。
[0003] 传统的实验室分析方法为：钾、铜和锌等金属类养分含量的测定分析一般采用经 消解前处理的原子吸收光谱法或原子发射光谱分析法。上述传统的分析方法样品预处理非 常繁琐，耗时、费力，且需要比较昂贵的专用分析仪器和专业操作人员完成，不能满足快速 分析需求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供农作物秸杆中金属元素的快速定量分析方法。
[0005] 本发明所提供的分析方法，包括如下步骤：
[0006] 1)从已知金属含量的农作物秸杆样品中随机选取若干作为校正集，测量校正集中 样品的激光诱导击穿光谱，并将光谱信息转换成对应的数据矩阵信息，通过化学计量学软 件构建金属含量和数据矩阵信息的定量校正模型；
[0007] 2)取待测样品（未知金属含量的农作物秸杆样品），按步骤2)中的光谱测量条件 采集待测样品的激光诱导击穿光谱，并将相应的光谱信息导入定量校正模型中，即可得到 待测样品中的金属含量。
[0008] 上述分析方法中，步骤1)中，所述已知金属含量的农作物秸杆样品中金属含量是 通过常规方法测知，具体可为原子吸收光谱法或ICP-MS方法（电感耦合等离子体质谱），得 知化学分析值即实际值。
[0009] 所述测量校正集中样品的激光诱导击穿光谱具体可按如下方法进行：将农作物 秸杆样品制备成粉末状或颗粒状，利用激光诱导击穿光谱仪对农作物秸杆样品打点70-90 次，具体可为80次，光谱扫描范围为190-950nm，取70-90条（具体可为80条）光谱的平均 光谱作为对应农作物秸杆样品的最终激光诱导击穿光谱，其中，所述激光诱导击穿光谱可 通过ChemLytics?采集软件获得。
[0010] 所述将光谱信息转换成对应的数据矩阵信息具体可通过ChemLytics软件完成。 数据矩阵信息就是把光谱图中的光谱信息转换成数值形式，以满足后续matlab软件建模 时的要求；
[0011] 上述分析方法中，步骤1)中，还包括对所述激光诱导击穿光谱进行光谱预处理的 步骤，所述光谱预处理采用平滑、一阶或二阶导数、多元散射校正、变量标准化、数据中心化 和自动定标中的至少一种。
[0012] 所述定量校正模型是通过偏最小二乘方法构建得到。
[0013] 上述检测方法中，步骤1)中，还包括对所建立的定量校正模型进行评价验证的步 骤：随机选取步骤1)中校正集中若干样品作为验证集，按步骤1)中的光谱测量条件采集所 述验证集的激光诱导击穿光谱的光谱信息，将其导入所建立的定量校正模型中，得到验证 集中样品的金属含量的预测值，将其与步骤1)中所述验证集中样品的金属含量的实测值 相比，若预测值与实测值的误差在设定的范围内，则所述定量校正模型可用；反之，则需重 复步骤1)，优化建模条件直至所述定量校正模型可用。
[0014] 所述定量校正模型中的包含如下参数：：校正集样品数n。，验证集样品数nv，第i 个样品的化学分析值即实际值71，第i个样品的激光诱导击穿光谱测定值Z1，校正集样品实 际值的平均值K，验证集样品实际值的平均值^实际值的平均值歹，激光诱导击穿光谱 预测值的平均值模型使用的主成分因子数P。。
[0015] 上述检测方法中，步骤1)中，所述金属具体可为钾、铜或锌中的任一种，优选为 钾。
[0016] 所述农作物秸杆样品具体可为小麦、玉米、棉花、水稻和油菜中的任一种。
[0017] 所述激光诱导击穿光谱是通过激光诱导击穿光谱仪测知的，所述激光诱导击穿光 谱仪包括激光器、光学组件、样品成像镜头、样品操作台、发射光谱分析仪及计算机。
[0018] 本发明通过利用激光诱导击穿光谱数据和农作物秸杆金属元素含量之间的高度 相关性，可同步、快速获取秸杆元素含量。
[0019] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0020] 1)本发明的光谱预处理方法为平滑、一阶或二阶导数、多元散射校正、变量标准 化、数据中心化、自动定标中的至少一种，因此可以确保最大程度地去除干扰并提取到光谱 的有效信息；
[0021] 2)本发明解决了传统分析方法样品预处理繁琐，测定分析耗时、费力，且需要专业 操作人员和比较昂贵的专用分析仪器的限制，具有快速、便捷等优点；
[0022] 3)本发明可有效减少传统实验室分析方法大量使用试剂等产生的二次污染和大 量耗能的限制，具有节能降耗、节本增效和减少环境二次污染的优点，具有很高的实用性和 应用推广价值。
【附图说明】
[0023] 图1为实施例1中小麦秸杆样品的激光诱导击穿光谱图。
[0024] 图2为实施例1中小麦秸杆样品中钾元素含量校正集和验证集化学分析值与光谱 测定值的关系散点图。
【具体实施方式】
[0025] 下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，但本发明并不局限于此。
[0026] 下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如 无特殊说明，均可从商业途径获得。
[0027] 实施例1、小麦秸杆样品中钾元素含量的测定：
[0028] 1)利用ASTM中相关标准，通过原子吸收光谱法或ICP-MS方法（电感耦合等离子 体质谱），测知校正集和验证集中小麦秸杆样品中钾元素含量，单位为g · kg \得知小麦秸 杆样品中钾元素的化学分析值，即实际值，如下表1所示。
[0029] 表1、校正集和验证集中小麦秸杆样品中钾元素含量
[0030]
[0031] 2)将步骤1)中已知钾元素含量的校正集和验证集中小麦