Гл. ас. д-р МимаТодорова Аграрен факултет

ТРАКИЙСКИ УНИВЕРСИТЕТ, СТАРА ЗАГОРА

Кранфийлд университет, Великобритания e университет насочен основно към развитие на научна дейност и специализация на постдокторанти в различни научни сфери, както и обучение на специалисти в сферата на инжерните науки, технологиите и мениджмънта. Научната група в която бе проведено обучението е в Националния институт по почвени ресурси (NSRI) към Департамента по екология и технология.

Националния институт по почвени ресурси е водещ лидер за оценка и анализ на почвеното плодородие, както и възстановяване плодородието на увредени почви. Изследователите от (NSRI) осъществяват консултантка дейност с правителството, частни компании и земеделски производители с цел повишаване на почвеното плодородие и прилагане на различни форми на устойчиво земеделие.

Това е водещ европейски институт в опазване и управление на почвените ресурси.

През 2004 г. е разработена и утвърдена от Министъра на околната среда и водите нова програма за почвен мониторинг, която е организирана на три нива.

Наблюденията на І-во ниво се извършват в 397

пункта на територията на страната, като се предоставят данни за оценка състоянието на почвите.

Анализът за съдържание на тежки метали се

извършва по ISO 11466 и ISO 11047.

Необходимост от нови и алтернативни методи за бърза екологична оценка на почви

Бързина

Ниска себестойност на анализа

Пробата при анализ не се променя

Едновременно могат да се определят няколко компонента в анализираната проба

Развитието на инструментите, тяхната миниатюризация и използването на инструменти с оптични влакна позволява да се анализират проби и на полето

Не е необходима специална квалификация за извършване на анализа

http://www.hill-laboratories.com

Дължини на вълните, nm

Химични връзки Почвен компонент Автори

700 Mg-OH bending vibrations and О-Н stretching vibrations

Хлорит и лимонит V. Rossel, 2006

900-1000 Mg-OH bending and O-H stretching vibrations Хлорит и лимонит V.Rossel, 2006

1350-1400 О-Н groups Кварц, албит и каолинит Gaydon, 2009

1400 O-H bending vibrations and stretching vibrations Вода V.Rossel, 2006

1400 О-Н stretching vibrations Каолинит, Мусковит V.Rossel , 2006

1700 С-Н stretching vibrations Хуминови киселини V.Rossel , 2006

1850 ОН vibrations Хуминови киселини Chang and Laird, 2002

1900 Н-O-H bending and О-Н stretching vibrations Монтморилонит V.Rossel , 2006

1910 Н-O-H bending and О-Н stretching vibrations Албит Onions, 2009

1950 О-Н bending and stretching vibrations Вода V.Rossel , 2006

2000 СО3- СаСО3 Chang and Laird, 2002

2170-2230 Al- (ОН) Албит Gaydon, 2009

2200 О-Н bending and stretching vibrations Глинести минерали V.Rossel,2006,

2206 О-Н bending and stretching vibrations Монтморилонитови минерали

V. Rosssel, 2009

2200-2300 Al-(OH) + O-H bending and stretching vibrations Каолинит, Илит Onions, 2009

2240 Si-OH Кварц Gaydon et al, 2009

2240-2260 Fe2+ (ОН) Кварц, хематит Gaydon et al, 2009

2300 С-Н stretching vibration С-Н combination vibration Хуминови киселини V.Rossel,2006

2310-2350 ОН vibrtions Хуминови киселини Chang and Laird, 2002

2300 Mg-OH bending + О-H streching vibrations Хлорит, биотит, вермикулит V.Rossel,2006

Проучване върху приложението на спектралния анализ в близката инфрачервена област като алтернативен метод за определяне на общ азот, общ фосфор и съдържание на тежки метали в почви от различни типове на територията на Старозагорска област.

Химичен анализ Определяне на общ азот по Келдал - БДС ISO 11261

Изгаряне на почвената проба с Н2SO4 и катализатор Se и последваща дестилация по Kjeldahl. Използван е термоблок “DIGESTER 6500“ за разлагане на почвените проби и последваща дестилация с парен дестилатор “Udk 142“.

Съдържание на общ фосфор - БДС ISO 11263.

Използвана е система за разлагане с обратни хладници и последващо фотометриране със спектрофотометър UV/VIS 6705 JENWAY.

Определяне общото съдържание на Cu, Pb, Zn, Ni, Cr mg/kg. Подготовка на пробите и киселинна минерализация EN ISO 11466. Съдържанието на изследваните елементи - атомно-абсорбционна спектрометрия по EN ISO 11047, Analyst 800 AAS (Perkin Elmer, USA)

Спектрален анализ

Perkin Elmer Spectrum One NTS, FT-NIR Spectrometer, диапазон от 700 до 2500 nm.

PLSR - Частична регресия на най-малките квадрати

,

Multiple scatter correction (MSC) First derivative - Savitsky-Golay algorithm.

Unscrambler Х 10.2 (CAMO Software AS, Norway).

Критерий за най-добро калибровъчно уравнение:

- Стандартна грешка при калибровка, SEC

- Стандартна грешка при проверка , SEP

- Коефициент на детерминация R2

- RPD = SD/SEC

2( )

1

лаб NIRS

n

Y Y

SECn k

R2 SD/SEC (RPD)

Оценка

>0,91 3,0 Отлична

0,90-0,82 2,5-3,0 Много добра

0,81-0,66 2,5-2,0 Добра

0,65-0,50 1,5-2,0 Ниска

<0,50 <1,5 Много ниска

Parameters Min Max Mean SD

N (mg kg-1)

337.1 522.0 181.0 891.9

P (mg kg-1) 26.38 5247.0 1106.0 1106.0

Cu (mg kg-1) 1.68

263.56

47.33

41.84

Zn (mg kg-1) 8.54

410.46

85.53

58.84

Pb (mg kg-1) 5.60

82.49

25.48

15.53

Ni (mg kg-1) 1.09

118.62

20.75

13.86

Cr (mg kg-1) 3.90

150.82

38.25

24.35

Таблица 1. Дискриптивна статистика за съдържание на общ N, общ Р,

Cu, Zn, Pb, Ni, Cr , mg kg-1 в изследваните почвени проби.

Фигура 1. Съотношение между измерените чрез химичен анализ и определените

стойности на N, mg kg-1 чрез NIRS.

Фигура 2. Съотношение между измерените чрез химичен анализ и определените

стойности на Р, mg kg-1 чрез NIRS.

Фигура 3. Съотношение между измерените чрез AAS и определените стойности на

Cu, mg kg-1 чрез NIRS.

Фигура4. Съотношение между измерените чрез AAS и определените стойности на

Zn, mg kg-1чрез NIRS.

Фигура 5. Съотношение между измерените чрез AAS и определените стойности на

Pb, mg kg-1чрез NIRS.

Фигура 6. Съотношение между измерените чрез AAS и определените

стойности на Ni, mg kg-1 чрез NIRS.

Фигура 7. Съотношение между измерените чрез AAS и определените

стойности на Cr, mg kg-1чрез NIRS.

R2pre RMSEP RPDpre Оценка

N (mg kg-1)

0,81 390,9 2,8 Много добър

P (mg kg-1)

0,80 480,0 2,1 Добър

Cu (mg kg-1) 0,79 9,30 2,4 Добър

Zn (mg kg-1) 0,73 21,35 2,0 Добър

Pb (mg kg-1) 0,75 9,63 2,1 Добър

Ni (mg kg-1) 0,69 5,0 1,8 Ниска

Cr (mg kg-1) 0,38 14,86 1,4 -

Статистически параметри, оценяващи точността на определяне на калибровъчния

модел за съответния изследван елемент въз основа на данните от test set- 10 %.

Org. C Total Р Total N Cr Cu Zn Pb Ni

Organic C % 1 0.4891 0.744 -0.161 0.237 0.278 0.575 -0.267

Total Р, mg kg-1 1 0.519 -0.098 0.420 0.417 0.689 -0.245

Total N, mg kg-1 1 0.300 -0.177 0.239 0.438 0.631

Cr, mg kg-1 1 0.035 -0.045 -0.051 0.623

Cu, mg kg-1 1 0.444 0.378 -0.035

Zn, mg kg-1 1 0.633 -0.064

Pb, mg kg-1 1 -0.223

Ni, mg kg-1 1

Корелационна матрица за зависимостта на съдържание на изследваните тежки

метали с органичен въглерод, общ азот и фосфор в почвите.

Спектрална информация, значима за определяне на N, mg kg-1 P,

mg kg-1Cu, mg kg-1, Zn, mg kg-1, Pb mg kg-1, Ni, mg kg-1 и Cr, mg kg-1

Дължини на вълните, nm

N (mg kg-1) 1920 2316

P (mg kg-1) 1418 1918 2210 2315

Cu (mg kg-1) 1419 1920 2312

Zn (mg kg-1) 1419 1900 2320 2359

Pb (mg kg-1) 1589 2450 2791

Ni (mg kg-1) 1390 1905 2249 2416

Cr (mg kg-1) 1660 1900 2205

Получените резултати показват, че спектралният

анализ в близката инфрачервена област е обещаващ метод за бърз анализ на общ азот със сравнителна висока точност на определяне при почвени проби от различни почвени типове.

Общото съдържание на фосфор, мед, цинк и олово в изследваните почви се определя с добра точност чрез NIRS.

Съществува индиректна връзка между тежките метали и почвените спектри, свързани с абсорбцията на глинестите минерали в почвата.

NIRS методът с успех може да бъде приложен като бърз и икономичен метод при мониторингови проучвания на почвени площи за анализ на гореспоменатите почвени параметри.

БЛАГОДАРНОСТИ

ОСНОВНАТА ЧАСТ ОТ ПРОУЧВАНЕТО Е ИЗВЪРШЕНО

БЛАГОДАРЕНЕ НА ПРОЕКТ BG 051 PO 001-3.3.05 – 0001 “НАУКА

И БИЗНЕС”, ФИНАНСИРАН ПО СХЕМА ЗА ПОДБОР НА ПОСТ-

ДОКТОРАНТИ И МЛАДИ УЧЕНИ ЗА ЕДНОМЕСЕЧНИ ОБУЧЕНИЯ

ВЪВ ВИСОКОТЕХНОЛОГИЧНИ НАУЧНИ КОМПЛЕКСИ И

ИНФРАСТРУКТУРИ