基于電化學(xué)原理的土壤養(yǎng)分快速檢測(cè)方法與系統(tǒng)集成研究.pdf

1、土壤養(yǎng)分檢測(cè)是測(cè)土配方施肥的基礎(chǔ)，迄今一直沿用的常規(guī)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)方法需要昂貴的檢測(cè)設(shè)備和復(fù)雜的人工操作，檢測(cè)效率低，成本高，是精細(xì)農(nóng)業(yè)實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效、精細(xì)變量施肥面臨的瓶頸性問題，國(guó)內(nèi)外均未取得重要的技術(shù)突破。測(cè)土配方施肥技術(shù)正在我國(guó)逐漸推廣，迫切需要一種低成本、可靠的土壤養(yǎng)分快速檢測(cè)方法。本論文旨在探索研究一種用于土壤養(yǎng)分離子濃度檢測(cè)的離子選擇性電極(ISE)和化學(xué)修飾微電極的傳感器陣列，研究設(shè)計(jì)一種基于微流控技術(shù)的操作過程自動(dòng)化方

2、法和低成本土壤養(yǎng)分快速檢測(cè)裝備的系統(tǒng)集成技術(shù)。 基于離子選擇膜技術(shù)，分別研制微小型的NO<,3><'->-ISE和K<'+>-ISE。利用電勢(shì)測(cè)定法研究ISE的電化學(xué)響應(yīng)性能，檢測(cè)下限均達(dá)到1×10<'-5>mol/L，利用一元線性回歸建立電極電勢(shì)與離子濃度的數(shù)學(xué)模型，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.994和0.997。 在ISE研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種八個(gè)電極組成的ISE陣列，可同時(shí)檢測(cè)土壤養(yǎng)分浸提溶液中的NO<,3><'->、N

3、H<,4><'+>、K<'+>、H<'+>、PO<,4><'3->、HPO<,4><'2->和H<,2>PO<,4><'->等7種離子濃度?；谖⑻幚砥骷夹g(shù)，研制了ISE陣列信號(hào)處理系統(tǒng)，用于電極信號(hào)調(diào)理和溫度信息采集。同時(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)用于電極陣列檢測(cè)溶液中離子濃度的檢測(cè)池，用于銜接土壤浸提溶液與檢測(cè)系統(tǒng)，結(jié)合FI系統(tǒng)，提出一種多種離子濃度同時(shí)快速檢測(cè)的系統(tǒng)集成方法。 在5～45℃溫度下，利用電勢(shì)測(cè)定法研究硝酸根離子電極和鉀離子

4、電極的電化學(xué)響應(yīng)，利用多次一元線性回歸建立硝酸根離子電極的溫度校正模型，相對(duì)誤差少于6％；利用多次一元線性回歸和二元二次回歸建立鉀離子電極的溫度校正模型，最大相對(duì)誤差分別為15％和10％。 采用微加工工藝，在玻璃基底上制備了四個(gè)條形金膜電極組成的微電極陣列，電極尺寸為1mm×50μm，采用原子力顯微術(shù)進(jìn)行微電極表征，并利用激光處理技術(shù)優(yōu)化微電極表面狀況，電極表面的平均糙度從136.7 A減少至55.1A。在微電極陣列表面上化學(xué)修

5、飾一層摻雜硝酸鹽的聚吡咯聚合物膜，制作了用于硝酸根離子安培檢測(cè)的化學(xué)修飾微電極。利用循環(huán)伏安法研究微電極的電化學(xué)響應(yīng)性能，硝酸根離子濃度檢測(cè)下限為1×10<'-4>mol/L。利用一元線性回歸擬合循環(huán)伏安掃描的峰值電流與硝酸根離子濃度的數(shù)學(xué)模型，相關(guān)系數(shù)為0.995。 根據(jù)田間土壤采樣的標(biāo)準(zhǔn)要求，利用基于GPS OEM板的低成本便攜式GPS接收系統(tǒng)獲取采樣點(diǎn)空間位置信息，利用液壓控制的拖拉機(jī)機(jī)載自動(dòng)取樣裝置采集土壤樣本；基于離子