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(shí)，在極短時(shí)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(cè)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(cè)限可達(dá)ppm級(jí)。測(cè)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(cè)器譜寬190-1040nm。

      土壤碳儲(chǔ)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(chǔ)量，則可以用地塊樣地采樣來測(cè)定總碳含量。土壤有很大的固碳潛力，不同土壤層面的碳儲(chǔ)量也不同。通常采集0-20cm的土樣測(cè)量，即為耕作層的碳儲(chǔ)量。土壤固碳中碳元素的檢測(cè)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(cè)手段。

從碳儲(chǔ)量來看，儲(chǔ)量的為粗骨土和棕壤，潮土和褐土儲(chǔ)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(yàn)對(duì)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(cè)量方法、標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作以及全碳含量的計(jì)算等。我們?nèi)?-20cm的棕壤土樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。土壤過篩烘干后，進(jìn)行壓片處理，壓力20噸，保壓時(shí)間5分鐘。

 

碳元素的特征譜線是247.9nm，見左上圖，信號(hào)強(qiáng)且易于識(shí)別，我們對(duì)樣品進(jìn)行100次測(cè)量，激光頻率為20Hz，整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間不到1分鐘，實(shí)驗(yàn)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于其他測(cè)量方法，真正實(shí)現(xiàn)元素快檢。從右上圖可以看出，對(duì)于同一個(gè)樣品測(cè)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(gè)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行定標(biāo)，擬合出碳元素測(cè)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(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行元素含量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，我們另外取5個(gè)樣品進(jìn)行含量反演實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如右上圖所示。測(cè)試結(jié)果重復(fù)性較好，測(cè)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(duì)待測(cè)土壤樣品中碳元素的實(shí)際含量進(jìn)行計(jì)算了。當(dāng)然根據(jù)需要，我們也可以使用同樣方法測(cè)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。