КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ МАГНИЯ В ПОЧВЕ С ПОМОЩЬЮ ЛАЗЕРНО-ИСКРОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИ С НЕЛИНЕЙНОЙ МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ КАЛИБРОВКОЙ

Для анализа содержания магния в почве применена спектроскопия лазерно-искровой плазмы (LIBS) с использованием метода нелинейной многомерной регрессии. Для генерации плазмы применен импульсный Nd:YAG-лазер мощностью в импульсе 100 мДж, а регистрация спектров осуществлена с помощью многоканального спектрометра с ПЗС-детектором. Для анализа содержания Mg выбрана линия на длине волны 383.8 нм. Зависимость интенсивности характеристической линии от концентрации Mg определялась с помощью созданной калибровочной модели. Построение традиционной градуировочной кривой показывает, что на интенсивность выбранной линии влияет не только концентрация Mg, но и содержание других элементов в почве. Поэтому в качестве входных данных для нелинейного многопараметрического расчета использована интенсивность характеристических линий магния (Mg I 383.8 нм), марганца (Mn I 403.1 нм) и железа (Fe I 407.2 нм). В соответствии с результатами применения нелинейной регрессии наиболее приемлема из изученных моделей трехмерная нелинейная регрессия. Наблюдалось удовлетворительное совпадение величины, полученной расчетом по выбранной нелинейной регрессионной модели, со значением концентрации, измеренной с помощью масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-MS). Коэффициент корреляции между рассчитанной и измеренной концентрацией 0.987, причем среднеквадратичная ошибка калибровки (RMSEC) и расчета (RMSEP) снижены до 0.017 и 0.014 %. Отношение стандартного отклонения валидации к RMSEP возросло до 8.79, а относительная ошибка оказалась ниже 1.21 % для девяти образцов проверки. Это подтверждает, что многомерная модель может обеспечить лучшую прогнозную точность, чем калибровочная кривая. Полученные результаты также свидетельствуют о том, что метод LIBS является мощным инструментом для анализа микроэлементов в почве путем выбора калибровочных и валидационных образцов со схожими по составу матрицами.

лазерно-искровая спектроскопия, почва, магний, нелинейная многопараметрическая калибровка, laser-induced breakdown spectroscopy, soil, magnesium, nonlinear multivariate calibration

1. D. A. Cremers, L. J. Radziemski, Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Wiley (2013).

2. R. Noll, Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS): Fundamentals and Aapplications, Springer (2012).

3. Madhavi Martin, Rodger C. Martin, Steve Allman, Deanne Brice, Ann Wymore, Nicolas Andre, Spectrochim. Acta B, 114, 65 (2015).

4. E. Negre,V. Motto-Ros, F. Pelascini, S. Lauper, D. Denis, Jin Yu, J. Anal. At. Spectrom., 30, 417 (2015).

5. Tran X. Phuoc, Ping Wang, Dustin McIntyre, Fuel, 163, 129 (2016).

6. F. J. Fortes, M. D. Perez-Carceles, A. Sibon, A. Luna, J. Javier Laserna, Int. J. Legal Med., 129, 807 (2015).

7. M. A. Aguirre, E. J. Selva, M. Hidalgo, A. Canals, Talanta, 131, 348 (2015).

8. M. A. Gondal, M. A. Shemis, A. A. I. Khalil, M. M. Nasr, B. Gondal, J. Anal. Atom Spectrom., 31, 506 (2016).

9. D. Diaz, D. W. Hahn, A. Molina, Appl. Spectrosc., 66, 99 (2012).

10. F. C. Alviraa, G. M. Bilmes, T. Floresc, L. Ponce, Appl. Spectrosc., 69, 1205 (2015).

11. B. S. Marangoni, K. S. G. Silva, G. Nicolodelli, G. S. Senesi, J. S. Cabral, P. R. Villas-Boas, C. S. Silva, P. C. Teixeira, A. R. A. Nogueira, V. M. Benitesf, D. M. B. P. Milori, Anal. Methods, 8, 78 (2016). 674-8

12. Krishna K. Ayyalasomayajula, Fang Yu-Yueh, Jagdish P. Singh, Dustin L.McIntyre, Jinesh Jain, Appl. Opt., 51, B149 (2012).

13. R. S. Bricklemyer, D. J. Brown, J. E. Barefield, S. M. Clegg, Soil Sci. Soc. Am. J., 75, 1006 (2001).

14. D. M. Dong, C. J. Zhao, W. G. Zheng, X. D. Zhao, L. Z. Jiao, Spectrosc Lett., 46, 421 (2013).

15. Cuiping Lu, Liusan Wang, Haiying Hu, Zhong Zhuang, Yubing Wang, Rujing Wang, Liangtu Song, Chin Opt Lett., 11, 053004 (2013).

16. P. R. Villas-Boas, R. Arnon Romano, M. A. de Menezes Franco, E. C. Ferreira, E. José Ferreira, S. Crestana, D. Marcondes Bastos Pereira Milori, Geoderma, 263, 195 (2016).

17. Wang Shaolong, Wang Yangen, Chen Shanjun, Chen Qi, Plasma Sci. Technol., 17, 716 (2016).

18. W. Tawfik, W. A. Farooq, F. N. Al-Mutairi, Z. A. Alahmed, Laser Eng., 32, 129 (2015).

19. T. F. Boucher, M. V. Ozanne, M. L. Carmosino, M. Darby Dyar, S. Mahadevan, E. A. Breves, K. H. Lepore, S. M. Clegg, Spectrochim. Acta B, 107, 1 (2015).

20. D. L. Death, A. P. Cunningham, L. J. Pollard, Spectrochim. Acta B, 63, 763 (2008).

21. M. D. Dyar, M. L. Carmosino, E. A. Breves, M. V. Ozanne, S. M. Clegg, R. C. Wiens, Spectrochim. Acta B, 70, 51 (2012).

22. S. Laville, M. Sabsabi, F. R. Doucet, Spectrochim. Acta B, 62, 1557 (2007).

23. Feng, L. Li, W. Ni, Z. Li, J. Anal. At. Spectrom., 26, 2289 (2011).