基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备与方法技术

一种基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备，包括土壤浸提液制取模块和硝态氮在线检测模块；土壤浸提液制取模块包括盛液筒、称重模块、旋转搅拌模块、注液结构和泄液结构；硝态氮在线检测模块包括盖壳和检测传感器；注液结构注入土壤浸提液；称重模块称量得到盛液筒内的土壤重量和土壤浸提液重量；旋转搅拌模块搅拌土壤与土壤浸提液得到悬浊液；检测传感器由硝酸根离子选择电极和对应参比电极组成，采集悬浊液上层的悬清液响应电势，控制模块对响应电势及重量信息进行处理和分析，转化为土壤硝态氮浓度。本发明专利技术在避免对环境造成二次污染的同时，实现了对土壤硝态氮进行准确、低成本、操作简单的快速检测。操作简单的快速检测。操作简单的快速检测。

【技术实现步骤摘要】
基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备与方法


[0001]本专利技术属于农业土壤检测
，特别涉及一种基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备。

技术介绍

[0002]土壤硝态氮是不仅是土壤氮素转化的重要存在形态，也是作物吸收氮素的主要形态，其含量高低也是衡量土壤肥力的重要指标之一。快速获取土壤硝态氮含量，能够对作物管理和调控起到指导作用。近年来启动的测土配方施肥项目通过开展土壤测试和田间试验，摸清土壤供肥能力、作物需肥规律等，提出施肥参数，施用配方肥。其中，农田硝态氮含量的检测对科学、经济、合理施肥有重要意义。
[0003]现有土壤硝态氮测定方法主要采用比色法、紫外分光光度法、离子色谱法、和镉柱还原法等。但以上研究方法都具有一定的局限性，多数用于实验室的测定，会对环境产生负面影响、易受土样状态影响、使用化学试剂、检测条件苛刻、人工成本高，且存在其他物质在测定过程中产生干扰等。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备与方法，以提高检测效率，并得到客观准确的检测结果。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0006]一种基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备，包括土壤浸提液制取模块和硝态氮在线检测模块；所述土壤浸提液制取模块包括盛液筒、称重模块、旋转搅拌模块、注液结构和泄液结构；所述硝态氮在线检测模块包括盖壳和检测传感器；
[0007]所述注液结构连接所述盛液筒，用于向其中注入土壤浸提液；所述称重模块设置于所述盛液筒底部，以称量得到盛液筒内的土壤重量和土壤浸提液重量；所述旋转搅拌模块设置于所述盛液筒内，用于搅拌土壤与土壤浸提液得到悬浊液；所述泄液结构设置于所述盛液筒底部，用于排出检测完毕后的废液；
[0008]所述盖壳匹配组装于所述盛液筒顶部，所述检测传感器安装于所述盖壳下表面并在所述盖壳与所述盛液筒组装后能够伸入至所述盛液筒中以采集所述悬浊液上层的悬清液响应电势，所述检测传感器由硝酸根离子选择电极和对应参比电极组成。
[0009]在一个实施例中，所述盛液筒由上方的圆筒部和下方的倒圆锥部组成，所述注液结构连接于所述圆筒部，所述旋转搅拌模块设置于所述倒圆锥部，所述注液结构包括漏斗，所述漏斗的出口通过管路连接于所述盛液筒的侧面；所述泄液结构为带阀门的管道，或为盛液筒的可拆卸底盖。
[0010]在一个实施例中，所述称重模块为设置于盛液筒底部的压力传感器；所述旋转搅拌模块固定连接在盛液筒底部，由电机驱动搅拌扇叶对筒内进行搅拌。
[0011]在一个实施例中，以所述盖壳的下表面为参考基准，所述硝酸根离子选择电极和
对应参比电极设置于同一高度。
[0012]在一个实施例中，所述参比电极内填充有饱和氯化钾溶液，保证参比电极与待测悬清液始终保持电势恒定；所述硝酸根离子选择电极通过前端的硝酸根离子选择性透过膜对待测悬清液中硝酸根离子选择性透过，从而形成膜电势E
M
；
[0013]所述硝酸根离子选择电极与参比电极和待测悬清液组成二电极体系，将二电极体系看作一个化学电池，其电池电动势E表示为
[0014]E＝E
M
‑
E
ref
[0015]式中，E
M
为硝酸根离子选择电极膜电势，E
ref
为参比电极电势。
[0016]在一个实施例中，所述硝态氮在线检测模块还包括控制模块和显示模块；所述控制模块安装于所述盖壳内，并与所述检测传感器连接接收其检测数据，所述显示模块设置于所述盖壳上表面，与所述控制模块连接接收并显示检测数据。
[0017]在一个实施例中，所述控制模块预存有数据库信息，所述数据库信息为不同浓度的硝酸钾溶液标准样品对应的响应电势；所述控制模块将采集信息和所述数据库信息进行比对和分析，结合土壤及浸提液质量信息计算得到采样土壤硝态氮含量。
[0018]本专利技术还提供了利用所述基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备的检测方法，包括如下步骤：
[0019]步骤一，田间采样：采取待检测区域的土壤置于盛液筒中，利用称重模块称量得到土壤重量；
[0020]步骤二，注液：利用注液结构向盛液筒注入土壤浸提液，利用旋转搅拌模块搅拌得到悬浊液并静置，利用称重模块称量得到土壤与土壤浸提液的总重量，进一步得到土壤浸提液重量；
[0021]步骤三，检测：将检测传感器伸入盛液筒内的液面之下，采集悬浊液上层的悬清液响应电势信号，根据响应电势得到相应的硝酸根浓度，再结合重量信息计算出采集样本的硝态氮测定值，土壤硝态氮浓度计算公式如下：
[0022]P＝62C(G2‑
G1)/G1[0023]式中，P为所求硝态氮含量，C为响应电势所对应硝酸根浓度，G1为加土壤后称重模块所得重量，G2为注入土壤浸提液后称重模块所得重量。
[0024]在一个实施例中，在步骤一采样之前，先配制一系列不同浓度的硝酸钾溶液标准样品，并采集标准样品的硝酸根离子选择电极响应电势信号，对信号进行放大和调理后保存至控制模块的数据库中；所述控制模块对所述悬清液响应电势信号进行放大调理之后，与数据库的响应电势进行比对，得到相应的硝酸根浓度，再结合重量信息计算出采集样本的硝态氮测定值，硝态氮测定值在显示模块中呈现。
[0025]在一个实施例中，所述标准样本的硝酸钾浓度范围从1
×
10
‑5mol/L到1
×
10
‑1mol/L分为9个浓度梯度，依次为1
×
10
‑5mol/L、5
×
10
‑4mol/L、1
×
10
‑4mol/L、5
×
10
‑3mol/L、1
×
10
‑3mol/L、5
×
10
‑2mol/L、1
×
10
‑2mol/L、5
×
10
‑1mol/L、1
×
10
‑1mol/L，每个浓度梯度的溶液均配制五份，测量不同浓度下电极的响应电势作为数据库信息。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0027]本专利技术大幅度降低了土壤硝态氮浓度检测过程的经济成本和时间耗费；有效避免了在检测过程对环境造成二次污染；本专利技术所述设备上手快、操作简单，集成性高，灵敏度
高。
附图说明
[0028]图1是本专利技术结构示意图。
[0029]图2是本专利技术的一种具体机械结构实现示意图。
[0030]图3是二电极体系原理示意图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。
[0032]离子选择性电极是一种能对溶液中目标离子产生特异性电位响应的电化学传感器。具有快速、灵本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备，其特征在于，包括土壤浸提液制取模块和硝态氮在线检测模块；所述土壤浸提液制取模块包括盛液筒(1)、称重模块(2)、旋转搅拌模块(3)、注液结构(4)和泄液结构(5)；所述硝态氮在线检测模块包括盖壳(6)和检测传感器(7)；所述注液结构(4)连接所述盛液筒(1)，用于向其中注入土壤浸提液；所述称重模块(2)设置于所述盛液筒(1)底部，以称量得到盛液筒(1)内的土壤重量和土壤浸提液重量；所述旋转搅拌模块(3)设置于所述盛液筒(1)内，用于搅拌土壤与土壤浸提液得到悬浊液；所述泄液结构(5)设置于所述盛液筒(1)底部，用于排出检测完毕后的废液；所述盖壳(6)匹配组装于所述盛液筒(1)顶部，所述检测传感器(7)安装于所述盖壳(6)下表面并在所述盖壳(6)与所述盛液筒(1)组装后能够伸入至所述盛液筒(1)中以采集所述悬浊液上层的悬清液响应电势，所述检测传感器(7)由硝酸根离子选择电极和对应参比电极组成。2.根据权利要求1所述基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备，其特征在于，所述盛液筒(1)由上方的圆筒部和下方的倒圆锥部组成，所述注液结构(4)连接于所述圆筒部，所述旋转搅拌模块(3)设置于所述倒圆锥部，所述注液结构(4)包括漏斗(41)，所述漏斗(41)的出口通过管路连接于所述盛液筒(1)的侧面；所述泄液结构(5)为带阀门的管道，或为盛液筒(1)的可拆卸底盖(51)。3.根据权利要求1或2所述基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备，其特征在于，所述称重模块(2)为设置于盛液筒(1)底部的压力传感器；所述旋转搅拌模块(3)固定连接在盛液筒(1)底部，由电机驱动搅拌扇叶(31)对筒内进行搅拌。4.根据权利要求1所述基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备，其特征在于，以所述盖壳(6)的下表面为参考基准，所述硝酸根离子选择电极和对应参比电极设置于同一高度。5.根据权利要求1或4所述基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备，其特征在于，所述参比电极内填充有饱和氯化钾溶液，保证参比电极与待测悬清液始终保持电势恒定；所述硝酸根离子选择电极通过前端的硝酸根离子选择性透过膜对待测悬清液中硝酸根离子选择性透过，从而形成膜电势E
M
；所述硝酸根离子选择电极与参比电极和待测悬清液组成二电极体系，将二电极体系看作一个化学电池，其电池电动势E表示为E＝E
M
‑
E
ref
式中，E
ref
为参比电极电势，该电池电动势E即等于所述悬清液响应电势。6.根据权利要求1所述基于离子选择电极的土壤硝态氮快速检测设备，其特征在于，所述硝态氮在线检测模块还包括控制模块(8)和显示模块(9)；所述控制模块(8)安装于所述盖壳(6)内，并与所述检测传感器(7)连接接收其检测数据，所述显示模块(9...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，汪宏仁，龙博伟，吕宝轩，李浩，李皓，
申请(专利权)人：杨凌乾泰电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：