[发明专利]基于红外光谱的土壤硝态氮的快速专用装置及其使用方法

权利要求书

1.一种基于红外光谱的土壤硝态氮的快速专用装置，所述装置包括：土壤样品池模块、激发光源模块、反射镜和ATR晶体模块、检测器模块、建模系统模块、结果显示窗口模块和四个操作按钮模块；其特征在于，

所述样品池上标有土壤体积的标准线和加水体积的标准线，可供保持分别加入土壤样品与水的水土比例；

所述激发光源模块发射特定波段范围的中红外光信号，激发光源为中外点激光器，激发光谱范围为1450cm^-1－1250cm^-1，扫描分辨率为4cm^-1，扫描次数为32次；

所述反射镜模块和反射镜用于调节光路方向；

所述ATR晶体模块用于光路的多次反射；

所述检测器模块用于将光学信号转化为数字信号；

所述建模系统模块用于接受并处理来自检测器模块的光谱数据信息，将采集的样品光谱信息数字信号和硝态氮浓度标准曲线，通过建模和模型参数进行优化；

所述结果输出窗口模块用于将所得硝态氮含量进行数字显示；

所述按钮模块Ⅰ用于扫描样品标样的衰减全反射光谱；

所述按钮模块Ⅱ用于保存样品标样的最优模型算法；

所述按钮模块Ⅲ用于扫描未知硝态氮浓度的土壤样品标样的衰减全反射光谱；

所述按钮模块Ⅵ用于计算最优模型算法计算硝态氮含量并显示结果。

2.根据权利要求1所述的基于红外光谱的土壤硝态氮的快速专用装置，其特征在于，所述样品池中ATR晶体模块采用钻石界面。

3.根据权利要求1所述的基于红外光谱的土壤硝态氮的快速专用装置，其特征在于，所述建模系统模块用于接受并处理来自检测器模块的光谱数据信息，将采集的样品光谱信息数字信号和硝态氮浓度标准曲线，通过建模和模型参数进行优化，该模块为计算软件模块。

4.根据权利要求1所述的基于红外光谱的土壤硝态氮的快速专用装置，其特征在于，所述检测器模块选择高精度的CCD检测器；

所述激发光源模块、反射镜和ATR晶体模块、检测器模块和建模系统模块均置于封闭空间中。

5.一种使用权利要求1所述的基于红外光谱的土壤硝态氮的快速专用装置进行土壤硝态氮快速、无损测定的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一：采用化学分析法检测一系列加入硝态氮梯度溶液的土壤样品的硝态氮含量值。

步骤二：配制一系列硝酸钾溶液不同浓度的标准样品，采集土壤样品，并按照样品池上土壤体积的标准线和加硝酸钾溶液体积的标准线分别放入土壤样品与水，将样本搅拌均匀至糊状，采集全反射衰减红外光谱信息，连续扫描多次，取平均光谱；

步骤三：对于步骤二所得到的不同浓度的硝态氮的衰减全反射光谱曲线，进行扣除水分干扰、消噪、平滑、标准化预处理；

步骤四：利用光谱数值与步骤一化学分析法检测的硝态氮浓度的相关性，输入对应的硝态氮浓度化学参考值，采用偏最小二乘法建立样品光谱信息模型，通过交叉验证求偏最小二乘法归回的最佳成分数，对模型参数进行优化和验证，获得最佳计算模型；

步骤五：采集未知硝态氮含量的土壤样品，按照样品池上土壤体积的标准线和加水体积的标准线分别加入土壤样品与水，并将样本搅拌均匀至糊状，均匀覆盖在样本台上，采集全反射衰减红外光谱信息，连续扫描多次，取平均光谱；

步骤六：对于步骤五所得到的不同浓度的硝态氮的衰减全反射光谱曲线，进行扣除水分干扰、消噪、平滑预处理；

步骤七：将采集到的未知硝态氮含量的土壤样品光谱数据带入步骤四所得偏最小二乘法模型中，通过运算，得出硝态氮浓度的含量结果。

6.根据权利要求5所述的基于红外光谱的土壤硝态氮的快速专用装置进行土壤硝态氮快速、无损测定的方法，其特征在于，步骤四中增加有以下操作：通过设置保存，将步骤四所得到的土壤标准曲线模型预存储在硝态氮快速检测专用装置的模块7中，在田间和野外检测时可直接选择该标准曲线模型。