專利名稱：非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法
技術領域：
本發明涉及檢測肥料中多種元素組分的方法，特別涉及非破壞快速檢測復合肥料中多種元素組分的方法。
背景技術：
肥料是農作物生長發育的主要營養源，無論對提高產量，還是在改善品質方面，都是不可缺少的。土壤養分、肥料養分、作物養分的快速分析與診斷，是新世紀中普遍關注的研究課題。肥料質量常規的監測項目主要是N(氮)、P(磷)、K(鉀)等無機元素的含量，而N(氮)、P(磷)、K(鉀)組分一般采用化學分析，費事費力，污染較大。因此對肥料特別是目前最為常用的復合肥而言，無論從生產的質量檢驗和監控還是為實現因肥施用都非常需要找到快速、準確的對肥料中各主要元素的含量進行檢測的方法。
發明內容
針對上述現狀本發明的目的在于提出一種非破壞快速檢測復合肥料中多種元素組分含量的方法。
近紅外光譜技術(NIR)是近20年來迅速發展并得到廣泛應用的一門新技術，它主要是利用化學物質在近紅外光區的光學特性，與計算機技術、現代數學相配合，快速測定某種物質中的一種或多種物理化學成分的含量。在很多領域已成為快速常量分析手段中一項成熟的新技術。目前在農業、食品、化工、紡織、醫藥等領域已取得大批研究成果，它的快速、非破壞、穩定、不需要化學試劑、操作簡便等特點已為人們所公認。
本發明提出的非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，是對復合肥標準樣品中待測元素建立對應于其常規化學分析含量數據與該標樣的近紅外光譜分析數據相關聯的數學模型，利用該數學模型和采集的未知樣近紅外光譜來檢測復合肥中待測元素組分的含量。
本發明的檢測方法由于是通過建立的數學模型和測量的未知樣光譜來實現樣品各元素的定量分析，所以模型的研制，是準確測量的基礎。本發明所述方法中對復合肥標準樣品中待測元素建立對應于其常規化學分析含量數據與該標樣的近紅外光譜分析數據相關聯的數學模型具體包括如下步驟(1)采集與篩選復合肥標準樣品；(2)分別對所有復合肥標準樣品采集近紅外光譜圖譜和進行其待測元素含量的常規化學分析；(3)將步驟(2)得到的每個標準樣品近紅外光譜數據經二階導數處理，用偏最小二乘法(PLS)進行統計分析，并與相應的常規化學分析含量數據結果進行對比，找到該元素近紅外光譜處理數據與其常規化學分析含量數據結果之間的相關系數，對該元素建立起數學模型。
為保證建立高質量的數學模型，還可以更進一步地對建立的待測元素數學模型進行驗證，以確保其檢測結果的準確性。其具體步驟包括對用于驗證數學模型的復合肥樣品分別采集近紅外光譜圖譜和進行其待測元素含量的常規化學分析，將驗證樣品通過數學模型得出待測元素的近紅外光譜分析含量數據與常規化學分析得出的數據進行比較，如果誤差在允許的范圍內，則數學模型定型；如果誤差超出允許范圍，則按照前面所述的建立數學模型的方法重新建立數學模型，直至數學模型定型。
本發明方法中所述的步驟(1)采集與篩選復合肥標準樣品包括盡量采集和篩選不同原料來源、不同樣品形態(如顆粒狀和粉末狀)、不同生產線出品和不同配方組合的各種復合肥。
本發明方法采集近紅外光譜的儀器為傅立葉變換近紅外光譜儀，其中所述的近紅外光譜包括反射譜和吸收譜，其采集的波數范圍是10000cm-1-4000cm-1。本發明的方法可以對復合肥中的N(氮)、P(磷)、K(鉀)等要素含量進行檢測。
本發明的方法其中所述對復合肥的常規化學分析方法包括對復合肥中N含量進行分析時通過自動定氮儀，采用凱氏法；對復合肥中P含量進行分析時，采用磷鉬酸喹磷重量法；對復合肥中N元素進行分析時，采用苯基合硼酸重量法。
本發明為復合肥生產的質量檢驗和監控及實現因肥施用提供一種嶄新的測試手段。使用本發明的方法用于復合肥料定量分析時，樣品不用處理，亦不需要化學試劑，1-2分鐘內就可測出一個樣品中幾種成分，操作簡便，穩定性好，與化學法在同一個精度水平上，完全可以用于復合肥料中的N、P、K三要素的定量分析。
具體實施例方式
實施例采集材科復合肥樣品共70份，包括蘭復肥(屬N、P、K三元肥料)30份，金復肥、硫復肥、硅復肥、硫酸鉀復肥(后四種屬N、K二元肥料)每個品種各10份樣品，其中金復肥、硫復肥、硅復肥、硫酸鉀肥等4種復合肥的主要NIRS光譜吸收是一致的，故采用混合建模通用于4種復肥的快速測定，(為方便起見，在本文中把該4種復肥統稱為混合復肥，下同)，而蘭復肥則單獨建模專供用于蘭復肥的快速定量分析。將蘭復肥和混合復肥的30個和40個樣品，各分成兩組，一組分別為22個和30個，用于建模，另一組8個和10個用于模型的檢驗。
化學分析——對所有復合肥料樣品中的N、P、K進行測定，均按國家標準分析方法進行。其中N采用凱氏法、P采用磷鉬酸喹磷重量法、K采用4苯基合硼酸重量法光譜分析——采用美國NICOLET公司生產的360N近紅外光譜儀，連接光纖探針，波數范圍為10000cm-1-4000cm-1，用反射法測量采集光譜資料，掃描次數110，光譜經二階導數處理后，用最小二乘法(PLS)進行統計分析，并作交叉檢驗。
通過用二階導數處理光學數據，以PLS法進行數據的統計分析，近紅外光譜分析結果可獲得與常規化學分析結果之間良好的線性關系，它們的相關系數分別為蘭復肥中的N＝0.9925；P＝0.9910；K＝0.9986，混合復肥中的N＝0.9916；K＝0.9896。所選擇的波數范圍詳見表1。
表1 兩類復合肥三種成分建模的主要參數
表2和表3是用建立的定量分析模型對驗證樣品的具體檢驗結果表2 蘭復肥驗證樣品的檢驗結果
表3 混合復肥驗證樣品的檢驗結果
其中蘭復肥的N差值在0.01-0.22，相對誤差在±1％以內；P的差值在0.02-0.13之問，相對誤差＜±3％；K的差值在0.00-0.05之間，相對誤差在±1％以內而混合復肥的N其差值在0.01-0.28之間，相對誤差在±2％；K的差值在0.00←0.16，相對誤差＜±1％。根據國家標準方法的規定，同一樣品在不同實驗室分析的允許誤差是N(0.30-0.50)，P(0.20～0.30)，K在含量小于10％時是0.24，而用NIR光譜法測得的標準誤差是N在0.01-0.28之間；P在0.02-0.13之間；K在0.00-0.16之間，完全符合標法規定的要求。
權利要求
1.一種非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，是對復合肥標準樣品中待測元素建立對應于其常規化學分析含量數據與該標樣的近紅外光譜分析數據相關聯的數學模型，利用該數學模型和采集的未知樣近紅外光譜來檢測復合肥中待測元素組分的含量。
2.根據權利要求1所述的非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，所述對復合肥標準樣品中待測元素建立對應于其常規化學分析含量數據與該標樣的近紅外光譜分析數據相關聯的數學模型包括如下步驟(1)采集與篩選復合肥標準樣品；(2)分別對所有復合肥標準樣品采集近紅外光譜圖譜和進行其待測元素含量的常規化學分析；(3)將步驟(2)得到的每個標準樣品近紅外光譜數據經二階導數處理，用偏最小二乘法(PLS)進行統計分析，并與相應的常規化學分析含量數據結果進行對比，找到該元素近紅外光譜處理數據與其常規化學分析含量數據結果之間的相關系數，對該元素建立起數學模型。
3.根據權利要求2所述的非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，其中所述對復合肥標準樣品中待測元素建立對應于其常規化學分析含量數據與該標樣的近紅外光譜分析數據相關聯的數學模型還包括對建立的待測元素數學模型進行驗證，其具體步驟包括對用于驗證數學模型的復合肥樣品分別采集近紅外光譜圖譜和進行其待測元素含量的常規化學分析，將驗證樣品通過數學模型得出待測元素的近紅外光譜分析含量數據與常規化學分析得出的數據進行比較，如果誤差在允許的范圍內，則數學模型定型；如果誤差超出允許范圍，則按照權利要求2中所述的方法重新建立數學模型，直至數學模型定型。
4.根據權利要求1所述的非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，其中所述利用數學模型和采集的未知樣近紅外光譜來檢測復合肥中待測元素組分的含量的具體步驟包括采集未知樣品的近紅外光譜并經二階導數處理，用偏最小二乘法(PLS)進行統計分析，將所得結果通過已經建立的待測元素組分的數學模型，得出該未知樣待測元素組分的含量。
5.根據權利要求2所述的非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，其中步驟(1)所述的采集與篩選復合肥標準樣品包括采集和篩選不同原料來源、不同樣品形態、不同生產線出品和不同配方組合的各種復合肥。
6.根據權利要求1所述的非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，其所述方法檢測的元素包括氮、磷、鉀。
7.根據權利要求1所述的非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，其中所述對復合肥的常規化學分析包括對復合肥中N含量進行分析時通過自動定氮儀，采用凱氏法；對復合肥中P含量進行分析時，采用磷鉬酸喹磷重量法；對復合肥中N元素進行分析時，采用苯基合硼酸重量法。
8.根據權利要求2所述的非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，其中所述采集近紅外光譜的儀器為傅立葉變換近紅外光譜儀，其采集波數范圍是10000cm-1-4000cm-1。
9.根據權利要求2所述的非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，其中所述復合肥為顆粒狀或粉末狀。
10.根據權利要求1所述的非破壞快速檢測復合肥中多種元素組分含量的方法，其中所述的近紅外光譜包括反射譜和吸收譜。
全文摘要
本發明公開一種非破壞快速檢測復合肥料中多種元素組分的方法。是對復合肥標準樣品中待測元素建立對應于其常規化學分析含量數據與該標樣的近紅外光譜分析數據相關聯的數學模型，利用該數學模型和采集的未知樣近紅外光譜來檢測復合肥中待測元素組分的含量。使用本發明的方法用于復合肥料定量分析時，樣品不用處理，亦不需要化學試劑，1－2分鐘內就可測出一個樣品中幾種成分，操作簡便，穩定性好，與化學法在同一個精度水平上。
文檔編號G01N21/35GK1712937SQ20041002780
公開日2005年12月28日 申請日期2004年6月21日 優先權日2004年6月21日
發明者周向陽, 金同銘, 胡祥娜, 鐘嬌娥, 林純忠 申請人:深圳市無公害農產品質量監督檢驗站