雷射導引光譜儀(LIBS)是”下一代”的 土壤分析 儀?!
近年來手持式雷射導引光譜儀(HH LIBS/ HH LIBZ)在不銹鋼測試碳含量，鎂鋁合金，回收等產業不同領域發展迅速，LIBS具有樣品無須前處理、攜帶方便、無輻射、無耗材、檢測速度快等優勢；台灣喬哈斯代理Sciaps Z-300可滿足戶外使用安全除了防水防塵IP測試(IP54/IP64)，全元素檢測媲美ICP-MS及其他測試方式，此外存在一種巨大的”矩陣效應”讓土壤分析成為LIBS變成一項引人注目的應用，此次引用儀器信息網文章，讓使用者知道未來 土壤分析 新的趨勢。
為什麼選擇 土壤分析 ？
土壤分析已經經歷了一個多世紀的發展，安德森在1960年的文章《土壤試驗的歷史與發展》中記錄了這一時期技術的進步，其主要側重於磷的監測，也考慮到了鉀和氮。他詳細介紹了不同土壤類型如何提取相關物質的方法，以及土壤養分與作物產量關係的早期證據（早在1890年）。
大約在同一時間（1957年），大衛·賴斯·加德納向哈佛大學提交了題為”美國全國合作土壤調查”的博士論文，這是農業研究人員首次廣泛進行的土壤科學綜合調查。二戰後的美國經濟使得聯邦和州一級的農業推廣服務急劇擴大，土壤科學、除草劑、殺蟲劑、抗病作物等研究大爆發，這使得從1950年代中期到今天農業生產力的顯著提高。圖 1 展示了農業生產率的發展。
LIBS土壤分析的早期研究主要側重於土壤中的微量重金屬的檢測，但由於檢測限達不到要求，分析精度不足，這個應用實施較為困難。對於大多數有毒金屬，LIBS 在土壤基質中的檢測限大概為1到20ppm之間，這比檢測土壤中所需的元素檢測限高出一個數量級。每個地點土壤的變化以及土壤的粒狀大小也是測量的潛在問題。
隨著時間的推移，LIBS在土壤分析方面的應用已轉向對高濃度元素的分析，如總碳、氮、磷和鉀（稱為NPK）、鎂和鈣。這些元素在土壤中的濃度水準遠高於微量有毒金屬，並可廣泛應用於農學中進行測量土壤的健康。
使用LIBS的分析土壤健康的工作首先要做的是對土壤類型進行分類，然後應用適合的矩陣進行校準。
這項工作由中國科學院南京土壤研究所的一個研究小組完成，他們使用LIBS並通過少量的計算，分析並預測了土壤的pH、陽離子交換能力（CEC）、土壤有機質（SOM）、以及總氮、總磷、總鉀、可用磷和可用鉀的濃度等特性。這項研究表明LIBS不僅僅能檢測元素的濃度，更能預測整體土壤的狀況。
上文的研究證實了使用LIBS確定土壤類型以及確定土壤狀況（如pH）的可行性。最近的一項研究結合了這些特徵，將土壤狀況的資訊與光譜資訊串聯，通過在調校和驗證方法，來預測不同土壤情況的微量金屬元素。在調校期間，他們不斷更改模型中的可調參數，直到校準的相對誤差低於他們設定的固定閾值。通過隨機交換不同土壤狀況和相同濃度的光譜資料點，建立了一個可以應對資料波動、堅固耐用的模型。他們還想將這個模型應用到所有類型的土壤，創造一款通用的模型。
作者將這種模型應用於LIBS的資料，其中涵蓋4種不同的土壤類型，6種不同的元素濃度，每次檢測重複6次。
基於LIBS的土壤分析前景
一些企業努力已經開始研究相關應用。一家名為LogiAg的公司已經推出了一種名為 LaserAg的解決方案，該解決方案使用LIBS測量土壤和樹葉的關鍵參數。他們在加拿大與本地的實驗室合作開發LIBS的解決方案，這些實驗室具有區域特性，可根據情況進行修正，以適應當地土壤類型。修正需要從該區域採集500個樣本，包括各種土壤類型和營養值等資訊。
SciAps-Z300 LIBS手持設備，用於測量土壤中的總有機碳。他們使用了來自美國和加拿大的87個土壤樣本對總有機碳測定進行校準，所呈現的校準曲線的R2值為0.8825，平均誤差為0-7%，有機碳誤差範圍0.44%，表明可擕式 LIBS 系統可用於以中等精度對碳含量進行局部測定。
迄今為止的研究和企業成果清楚的表明了基於LIBS的土壤分析解決方案的希望。其他可擕式分析方法，如X射線螢光分析儀（XRF），不能測量輕元素，如氮或碳（XRF在土壤分析的某些方面也十分重要），XRF還需要更多的樣品製備和與土壤的物理接觸進行測量。LIBS系統的獨特優勢，使它作為下一代土壤分析儀成為可能性，並有助於精准農業的進一步發展。
由於需要彌補的矩陣效應，以及構建綜合資料庫所需的大量土壤樣本，可能成為使用LIBS進行土壤分析的最大障礙。然而，基於LIBS的土壤分析似乎只是時間問題。
來源: 儀器訊息網-LIBS在土壤分析中的進展及潛力
