EcoChem土壤固碳碳元素快檢系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)。當(dāng)激光作用于樣品表面時，在極短時間內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)的等離子體，等離子體產(chǎn)生的過程中，發(fā)射出帶有樣品元素信息的發(fā)射光譜，通過檢測這些發(fā)射光譜，得到樣品的元素信息。這種技術(shù)被稱為激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)LIBS（Laser Induced Breakdown Spectroscopy），俗稱激光光譜元素分析技術(shù)，檢測限可達(dá)ppm級。測量的元素可覆蓋元素周期表中的大部分元素。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-99%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小20-200μm連續(xù)可調(diào)；檢測器譜寬190-1040nm。

      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。土壤有很大的固碳潛力，不同土壤層面的碳儲量也不同。通常采集0-20cm的土樣測量，即為耕作層的碳儲量。土壤固碳中碳元素的檢測有很多傳統(tǒng)方法，其中激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)是一種速的檢測手段。

從碳儲量來看，儲量的為粗骨土和棕壤，潮土和褐土儲量也較豐富。還有水稻土、砂礓黑土、石質(zhì)土等，也具有較好的固碳效應(yīng)。我們?nèi)∽厝罏閷?shí)驗對象，利用EcoChem土壤固碳碳元素快檢系統(tǒng)研究碳元素的光譜特性、快速測量方法、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作以及全碳含量的計算等。我們?nèi)?-20cm的棕壤土樣進(jìn)行實(shí)驗。土壤過篩烘干后，進(jìn)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(qiáng)且易于識別，我們對樣品進(jìn)行100次測量，激光頻率為20Hz，整個實(shí)驗時間不到1分鐘，實(shí)驗速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于其他測量方法，真正實(shí)現(xiàn)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(jìn)行規(guī)范化處理，即用碳的譜線強(qiáng)度除以整個等離子體發(fā)射光譜的強(qiáng)度。經(jīng)規(guī)范化處理后的數(shù)據(jù)結(jié)果見右上圖中空心圓所示，明顯可以看出數(shù)據(jù)離散性變小。

 

取7個標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行定標(biāo)，擬合出碳元素測量的定標(biāo)曲線，見左上圖所示，相關(guān)系數(shù)R為0.996。為了驗證標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行元素含量預(yù)測的準(zhǔn)確度，我們另外取5個樣品進(jìn)行含量反演實(shí)驗，結(jié)果如右上圖所示。測試結(jié)果重復(fù)性較好，測量值的誤差小于等于1.42%。確定了標(biāo)準(zhǔn)曲線，我們就可以大批量對待測土壤樣品中碳元素的實(shí)際含量進(jìn)行計算了。當(dāng)然根據(jù)需要，我們也可以使用同樣方法測量土壤中的其他各種元素的含量。

本系統(tǒng)可以快速研究碳元素的元素光譜特性、元素含量的快檢、光譜數(shù)據(jù)后期處理以及優(yōu)化提高碳元素分析精度的辦法等。使得碳元素的快檢在土壤固碳中得以實(shí)現(xiàn)。激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)作為一種新興的、快速的、微損的化學(xué)分析技術(shù)，具有目前傳統(tǒng)儀器不具備的更多功能，隨著這一技術(shù)的發(fā)展，它必將在生態(tài)樣品元素分析領(lǐng)域、土壤固碳研究中發(fā)揮越來越重要的作用。