Gleba jest zanieczyszczona w wielu miejscach na świecie. Zanieczyszczenie gleby może wynikać z obecności metalicznych i organicznych cząstek oraz minerałów — zarówno pochodzenia naturalnego, jak i wytworzonych syntetycznie.
Wraz ze wzrostem liczebności populacji zwiększa się nacisk na rekultywację skażonych terenów. Jedną z barier hamujących proces rekultywacji gleby jest jednak brak ekonomicznych metod oceny skażenia. W związku z tym naukowcy poszukują nowych technik (lub ich kombinacji), które pomogą przyspieszyć i ułatwić proces rekultywacji.
David C. Weindorf, profesor na wydziale gleboznawstwa i botaniki uniwersytetu Texas Tech University (TTU), oraz Somsubhra Chakraborty, adiunkt na uczelni Indian Institute of Technology w indyjskim mieście Kharagpur, opracowali przystępne, przenośne rozwiązanie do analizy gleby, które łączy dane pozyskane za pomocą dwóch technik: odbicia rozproszonego w widmie widzialnym i w bliskiej podczerwieni (Vis-NIR) oraz fluorescencji rentgenowskiej (XRF).
Ich model predykcyjny umożliwia powiązanie danych dotyczących widma odbicia rozproszonego uzyskanych przy użyciu techniki Vis-NIR z danymi dotyczącymi składu pierwiastkowego uzyskanymi przy użyciu techniki XRF. Działa on w następujący sposób:
Zależność między technikami Vis-NIR i XRF dla celów analizy gleby
Technika Vis-NIR działa na zasadzie emitowania na glebę światła widzialnego i w bliskiej podczerwieni (podobnie jak latarka). Część światła jest odbijana z powrotem do sondy kontaktowej i przenoszona kablem światłowodowym do spektroradiometru przymocowanego do plecaka, który precyzyjnie określa długości fal odbitego światła od 350 do 2500 nm w odstępach co 1 nm.
Oddzielnie, w celu zebrania danych dotyczących składu pierwiastkowego, wykonywany jest dodatkowy skan za pomocą analizatora XRF. Następnie uzyskane zestawy danych są łączone przy użyciu algorytmów samouczenia maszyn (takich jak regresja lasu losowego, drzewo wzmocnionej regresji) w celu przewidzenia analitu.
Zasadniczo dane dotyczące widma Vis-NIR są używane jako podstawowe dane do modelowania, podczas gdy dane dotyczące składu pierwiastkowego uzyskane przy użyciu techniki XRF są dodawane do modelu jako pomocnicze dane wejściowe. Wielokrotnie wykazano, że wyniki takiego modelowania połączonych danych są dokładniejsze niż wyniki uzyskane w przypadku stosowania każdego czujnika z osobna.
Możliwości wykrywania zapewniane przez te dwie techniki uzupełniają się wzajemnie. Technika Vis-NIR jest bardzo wrażliwa na wilgoć i związki węgla organicznego. Z drugiej strony technika XRF umożliwia dokładne wykrywanie różnych pierwiastków mających wpływ na środowisko/agronomię (np. pierwiastków kluczowych dla roślin, metali ciężkich).
Metody te były stosowane na całym świecie w różnych środowiskach, od kopalń rudy i składowisk odpadów po miejsca wycieków ropy naftowej i nieużytki.
Nagradzane odkrycie
To przełomowe odkrycie nie pozostało niezauważone. W 2018 roku dr Weindorf i dr Chakraborty uzyskali patent na metodę określania właściwości próbki gleby przy użyciu techniki Vis-NIR w połączeniu z techniką XRF. Złożyli oni również kilka innych wniosków patentowych, które są wciąż rozpatrywane pod kątem powiązanych z nimi technik/innowacji.
Odniesienia do ich pracy można znaleźć w wielu publikacjach naukowych. Dała ona również początek intensywnej współpracy z Korpusem Inżynieryjnym Armii Stanów Zjednoczonych i NASA. Szczególną uwagę warto tutaj zwrócić na dwa badania:
- Development of a Hybrid Proximal Sensing Method for Rapid Identification of Petroleum Contaminated Soils
- Synthesized Use of Vis-NIR DRS and PXRF for Soil Characterization: Total Carbon and Total Nitrogen
Jakiego aparatu XRF używał w swoich badaniach dr Weindorf? Z dumą możemy przyznać, że był to nasz ręczny analizator XRF Vanta™.
Obejrzyj film opublikowany przez uniwersytet TTU, w którym dr Weindorf wyjaśnia, w jaki sposób połączenie analizatora XRF Vanta i spektrometru Vis-NIR ułatwia badaczom zrozumienie otaczającego nas środowiska.
Film udostępniony przez dra Davida Weindorfa
 |  |
Dr Weindorf (po lewej) i jego doktorantka Autumn Acree (po prawej) analizują glebę za pomocą ręcznych analizatorów XRF Vanta w Rumunii.
Dowiedz się więcej o analizie gleby i środowiska przy użyciu techniki XRF, zapoznając się z naszą broszurą Produkty Vanta przeznaczone do badań środowiskowych.
Powiązane treści
Ukryte niebezpieczeństwo: kontrola gleby ogrodowej pod kątem wysokiego stężenia ołowiu
Broszura: Produkty Vanta przeznaczone do badań środowiskowych
Odkrywanie dowodów na zmiany klimatyczne na kole podbiegunowym za pomocą ręcznych analizatorów XRF
