导航：安全管理网>> 安全论文>> 化工安全论文>>正文

复合肥料多种养分含量快速分析新方法

文档作者：郭峥袁洪福张娴宋春风李效玉谢锦春文档来源：北京化工大学材料科学与工程学院		更新日期： 2026年09月07日	点击数：
下载地址：点击这里	文件大小： 224.35 KB 共4页	文档格式： PDF	下载点数： 1 点（VIP免费）

全屏查看

内容预览 [文件共4页]

本文件共4页，如需编辑使用，请下载。

注：预览效果可能会出现部分文字乱码（如口口口）、内容显示不全等问题，下载是正常的。

	文件大小：224.35 KB 共4页文件格式：PDF 下载点数：1 点（VIP会员免费）

上一篇：复混肥料质量分析和检验技术应用研究

文本预览

仅提取页面文字内容，供快速阅读使用。

第31卷，第9期
2 0 1 1年9月
光谱学与光谱分析
Spectroscopy and Spectral Analysis
V01．31，No．9，pp2424—2427
September。201 l
复合肥料多种养分含量快速分析新方法
郭峥，袁洪福+，张娴，宋春风，李效玉，谢锦春
北京化工大学材料科学与工程学院，北京100029
摘要提出了一种同时测定复合肥料中多种养分含量的快速分析新方法，即用水将同体复合肥料定容溶
解，采集其溶液部分的近红外光谱进行各种养分含量的分析预测。使用此方法建立了偏最小二乘回归模型，
其中总氮、有效五氧化二磷、氧化钾和石粉含茸模型的SEP值分别为0．5，0．7，0．8和2．0。方法操作方便，
解决了近红外漫反射光谱法无法准确测定氧化钾含虽的技术难题，实现r在5分钟内完成复合肥全部成分
含量的快速准确分析。
关键词复合肥料；养分；近红外光谱；偏最dx---乘法
中图分类号：0657．3 文献标识码：A DOI：10．3964]j．issrL 1000-0593(2011)09—2424—04
引言
我国在化肥牛产和应用f：还存在着重N轻P、K的现
象，不仅造成资源浪费，环境污染，危害人类和动植物健康，
而且比例失凋的氮、磷、钾也不能满足农作物适时生长的营
养需求，因此各养分含量是复合肥料的关键质量指标。目
前，复合肥料质量分析主要依靠传统实验室分析方法Ll‘4】，
操作步骤繁琐，费时费力，且存在一定的危险性。为克服传
统分析方法的局限性，作者已研究证明了利用近红外漫反射
光谱法(aesir Infrared diffuse reflectance spectroscopy，
NIDRS)实现复合肥料养分含量快速分析的町行性，但由于
无机养分的光谱信息很弱．其分析精度尚不能达到【|寸标分析
方法测最精度要求。为此，本文提出了一种采用近红外透射
光谱(near infrared transmission spectroscopy，NITS)快速测
定复合肥各养分含量分析的新方法。通过将复合肥样品进行
定容溶解，对其水溶液部分测量近红外透射光谱，采用化学
计量学方法对水溶液光谱和复合肥营养成分含量进行关联，
建立了各养分含虽的分析模型，其预测结果与标准分析方法
结果一致，真正实现了复合肥料的多养分快速准确分析。
1实验部分
1．1样品来源与制备
样晶为白色固体粉末，是由尿素、磷酸一铵和氯化钾加
入石粉混配而成，共计77个。样品的各成分含量理论值是根
据国标规定分析方法测得的，包括总氮(N)含量、有效五氧
化二磷(P)含量、氧化钾(K)含量和石粉含量，其中石粉(主
要为天然采集的碳酸钙)含量为样品总质量减去各成分质量
所得的质量分数。表1为全部样品各养分及石粉质量分数统
计数据。
Table 1 Statistics of contents of nutrients and stone powder
将一定重孱的复合肥粉末样品加入到一定体积的去离子
水中，待可溶成分完伞溶解，沉淀出不溶物后得到澄清样品
溶液。具体是先取样品5．00 g、去离子水15．0 mL(足以使可
溶物质完伞溶解)，混合摇匀待完全溶解，再滤出沉淀即得
到澄清溶液。
1．2仪器与光谱采集
使用聚光科技SupNIR-2600型近红外光谱仪采集光谱。
取预先配制好的样品水溶液放入2 tnln光程的石英比色皿
中，使样品恒定于25℃，波长范围l 000 1 800 nn-i，分辨
率6啪，扫描次数60次。每个样品重复测试10次，取平均
光谱作为样品原始光谱。
收稿日期：2010-11—19．修订日期：2011-03—30
基金项目：国家(863计划)项目(2009AA042129)资助
作者简介：郭睁．1987年生，北京化工大学材料科学与工程学院硕士研究生e-mail：guozhenR0702@fomnail．咖n
-通讯联系人e-mail：hfyuan(园lmail buct．edu．m
万方数据
第9期光谱学与光潜分析2425
I．3 光谱预处理与模型建立
使用聚光科技CM一2000化学计最学软件进行数据处理。
样品集采用K·S方法分类，其中校iF集包括61个样品，验
证集16个，校iF集样品数约占总样品数的80％。光谱预处
理采用孓G一阶导数和均值中心化。波长选择为全区域。采
用偏最小二乘法(PLSI)建立定鼍分析模型，最佳主成分数
由交互验证(Cross Validation)ii‘箅得出的预测残差平方和
(PREsS)确定。模删性能f}1校正集相关系数(Rc)、交互验、证
校正标准偏差(SECV)和验证集相关系数(Rp)、预测标准偏
差(SEP)来评价¨J。
2结果与讨论
2．I方法思路
由于复合肥料样品中的氯化钾不具有近红外光谱信息，
理论上并不能利用近红外光谱测齄其含量。之前的研究也证
实了这一点，使用近红外漫反射光谱法对同体粉末样本直接
分析难以得到理想的预测结果。但是，“乌鸦喝水”故事为作
者解决近红外光谱测母复合肥成分含鼍技术难题的思路提供
了借鉴，我们幸运的注意到尿素、磷酸一铵和氯化钾在水中
的溶解性很好，它们在25℃下100 g水中的溶解度分别为
116．9，41．6，35．5 g。如果将复合肥样晶溶于水中。这些组
分浓度将随接影响其水溶液的近红外光谱，或者说，复合化
肥水溶液的近红外光谱包含r复合肥中尿素、磷酸一铵和氯
化钾的含茸信息。我们就叮以通过测髓复合肥溶液的近红外
光谱和化学计靖学方法，间接地测最它们的含虽，石粉虽不
能被溶解．但通过百分含培归一差减方法也可以得到。尽管
肥料养分是以总氮、有效五氧化二磷、氧化钾含量形式表
示，但它们与上述化合物含量是直接相关的。
2．2水溶液近红外光谱解析
研究水在不I司介质和条件下的吸收特性一直是近红外光
谱领域中的一个重要内容L6j。水中的离子化合物会以多种不
同方式影响水的近红外光谱．包括水浓度的降低、离子和水
分子之问的电荷——偶极相瓦作用对水分子本身氢键的影
响、铵离子中特征近红外活性基团NH的存在等。全部样品
的水溶液透射光谱l冬I和纯水相比确有明显差别，见图1。
2．5
蔷2’o
站
o．5
l 000 l 200 l 400 l 600
Wavelength／am
Fig．I NITS of smnple solutions and water
(the top c珈irve is water spectrum)
溶质将使水的吸收峰强度降低，且不同浓度溶质的影响效果
也不同，证实了溶质使水浓度降低的游图变化。对谱I冬l进行
一阶求导预处理后，由图2可以更明娃看到，导数零值处即
吸收峰顶点旱横向分布，说明离子影响水分子氧键造成r水
吸收峰的移动。此外，本实验样品的成分含量分布均匀，信
息涵盖广，样品光谱呈良好分布趋势。
O．05
0．04
0．03
0．02
O．Ol
0
_o．0l
-0．02
、／J ＼ 、旷
l 2∞ l 400 l 600
Wavelength／nm
Derivative ctlrves of Nn[s
2．3校正模型
对于作者先前研究建立的近红外漫反射光谱分析模型，
N，P，K和石粉含量模型SEP值分别为0．8，0．8，i．5和
1．4，且需要剔除大量的异常样本。新方法建模中没有遇到
异常样本．由表2可见．K含最模型SEP得到明湿改善，与
N含量、P含量模型的相当。由于石粉含鼍由其他三种成分
间接反映。故模制SEP较大．接近三者的之和，但也在可接
受范围内。本实验结果证明了无机成分藉由水媒介的依托。
可与有机成分的近红外光谱分析达到『司等效果，不失为一种
值得完善和推广的好方法。
Table 2 NIrIs calibration and validation result statistics
2．4精度与标准方法的比较
任意取一个复合肥料样品，按前述配样方法莆复制得5
个待测样品水溶液，采集透射光谱。使用已建模型进行成分
质量分数预测，预测结果详见表3。
Table 3 Repeatability results of NITS models
由图l可看出．透射光i杼1 450 nm处左右足(卜H对称
和反对称伸缩振动的组合频吸收，为水的最大吸收峰。加入表2和丧3结果表明，新方法敷复性误差和SEP分别接
2
咖
隐
万方数据
2426 光谱学与光谱分析第31卷
近于GB 15063--2009方法的草复性允许差和再现性允许差。
表4为新方法与国标方法的精度比较。
Table 4 Comparison of analysis precisions of NITS
models and national standard methods
因配样过程存在着误差，如采用的量筒称量不够精确、
缺乏样品潮解控制致重量增加、滤纸过滤存在灰分等，导致
配样后水溶液含营标准值与理论值有一定偏差。如能进一步
完善制样过程，其SEP还会得到改善。水吸收峰易于受到多
种环境因素变化的干扰，N、P含虽预测会出现一定波动，其
建模波段选择仍需进一步的研究探讨，但K含量预测稳定，
重复性和再现性已达国标方法要求，石粉含量也可得到较为
准确预测。
2．5温度影响
不l司温度下，纯水的近红外谱图中吸收峰强弱、位置都
会发生变化。而水溶液冈溶质的存在，变化更加明显。本实
验取某样品溶液于不同温度下进行光谱采集，使用透射光谱
模型进行成分质量分数预测，预测结果详见表5。
可以看到，同一样品在不同测试温度下，使用透射光谱
模型进行预测，各组分预测值旱规律性变化。N含量预测值
随温度升高而降低，P含量预测值随温度升高而升高，K含
量预测值随温度升高而降低，石粉含量随温度升高而降低。
这也证明了严格控制透射光谱法测试温度的必要性。本实验
采用略高于室内温度的25℃，具体可视测试仪器、测试环
境条件而定。不同测试温度模型之间的传递转化也可作为进
一步的研究目标。
Table 5 Effects of test temperature
3结论
(1)采用定容溶解复合肥料和近红外透射光谱分析，可
快速准确地测定复合肥料的有机和无机成分，包括总氮含
量、有效五氧化二磷含量、氧化钾含昔和石粉含量。其分析
精度和准确度较之先前建立的近红外漫反射光谱法有显著提
高，已接近国标方法分析误差要求，为复合肥成分含量分析
提供了一种新型分析手段。
(2)相对近红外漫反射法，本方法虽略微增加了样品处
理过程，但整个配制流程操作简单，耗时较短，并不影响其
快速分析的特点。由于配样过程存在系统误差，对模型精度
有一定的影响，因此，推广应用本方法应考虑进一步完善配
样过程、标准化配样条件和测试条件。
References
[13 GB 15063--2009 Compound Fertilizer(复合肥料)．Gtenaral Administation of Supervision，Inspection Quarantine of China(国家质量监督
检验检疫总局)．2009．
E2]GB／T 8572--2001 Determination of Total Nitrogen Content for Compound Fertilizer—Titrimetric Method after Distillation(复混肥料中总
氮含量的测定一蒸馏后滴定法)．Gtenaral Administation of Supervision，Inspection Quarantine of China(国家质量监督检验检疫总局)，
2001．
[3]GB／T 8573--1999 Determination of Available Phosphorus Content for Compound Fertilizers(复混肥料中有效磷含量的测定)．Gtenaral
Administation of Supervision，Inspection Quarantine of China(国家质量监督检验检疫总局)，1999．
[4] GB／T 8574--2002 Determination of Potassium Content for Compound Fertilizers Potassium Tetraphenylborate Gravimetric Method(复混肥
料中钾含茸的测定一四苯硼酸钾重量法)．Gtenaral Administation of Supervision．Inspection Quarantine of China([]家质量监督检验检疫
总局)，2002．
[5]LU Wan-zhen，YUAN Hong-fu，XU Guang-tong(陆婉珍，袁洪福，徐广通)．The Modem Analysis Technique for Near-lnfrared Spectra
(现代近红外光谱分析技术)．Beijing：ChineseOil and Chemical Press(北京：中国石油化工出版社)．2001．
[62 Jerry W·Lois W．Practical Guide tO Interpretive Near-Infrared Spectroscopy(近红外光谱解析实用指南)．Translated by CHU Xiao-li。XU
Yu-ixmg，TIAN Gao-you(褚小立．许育鹏。田高友．译)．Beijing：Chemical Industry Press(jt京：化学工业出版社)，2009．57．
万方数据
第9期光谱学与光谱分析2427
A New Approach to Rapid Determination of Compound Fertilizer
Composition
GUO Zheng．YUAN Hong-fu。，ZHANG Xian，SONG Chun-feng，LI Xiao-yu，XIE Jimehun
Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China
Abstract In the present paper。a new approach tO rapid determination of compound fertilizer composition was introduced，
namely first preparing aqueous solution of solid fertilizer，then predicting the compound fertilizer composition using the near in—
frared transmission spectra of the solution．Using the new method。models were built by means of PLS regression，and the
standard errors of prediction of total nitrogen content，P20b content，and K20 content are 0．5，0．7，0．8，and 2．0，respective—
ly．This has solved the problem of large prediction error for K content of compound fertilizer using near infrared reflectance spec—
troscopy due tO the fact that KCI dose not have near infrared absorption，and achieved rapid analysis of all compositions of compound
fertilizer in 5 minutes．
Keywords Compound fertilizer；Nutrients；Near infrared spectroscopy；PLS
*Corresponding author
(Received Nov．19，2010；accepted Mar．30，2011)
敬告读者——《光谱学与光谱分析》已全文上网
从2008年第7期开始在《光谱学与光谱分析》网站(www．gpxygpfx．corn)“在线期刊”栏内
发布《光谱学与光谱分析》期刊全文，读者可方便地免费下载摘要和PDF全文，欢迎浏览、检
索本刊当期的全部内容；并陆续刊出自2004年以后出版的各期摘要和PDF全文内容。2009
年起《光谱学与光谱分析》每期出版日期改为每月1日。
光谱学与光谱分析期刊社

网友评论 more

化工安全论文最新内容

09-07