不同傅里葉變換紅外光譜法研究土壤光譜特征的比較與應(yīng)用

張明洋, 朱兆龍, 李好好, 馮程龍, 安韶山,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 楊凌 712100; 2.中國(guó)科學(xué)院 水利部 水土保持研究所 黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 楊凌 712100; 3.西北農(nóng)林科技大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

土壤紅外光譜中不同特征吸收峰可用于表征土壤中某些有機(jī)物或礦物的官能團(tuán)，并根據(jù)官能團(tuán)特征吸收峰面積確定其中特定成分的含量[1]。因此，獲得質(zhì)量較高的特征吸收峰紅外光譜圖對(duì)土壤性質(zhì)的研究顯得尤為重要。近年來(lái)，傅里葉變換紅外光譜(Fourier Transform Infrared Spectroscopy，F(xiàn)TIR)技術(shù)在土壤表征和某些性質(zhì)預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用越來(lái)越多。然而，傳統(tǒng)的土壤表征方法費(fèi)時(shí)、昂貴，而FTIR技術(shù)整個(gè)測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單、快速且無(wú)破壞性[2]。在土壤學(xué)科研究中，由于絕大多數(shù)有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)離子的基頻吸收帶出現(xiàn)在中紅外區(qū)[3]?；l振動(dòng)是紅外光譜中吸收最強(qiáng)的振動(dòng)，所以該區(qū)最適于進(jìn)行紅外光譜特征吸收峰分析，對(duì)未知物的結(jié)構(gòu)及組成有重要識(shí)別作用[4]。因此，F(xiàn)TIR光譜技術(shù)受到大部分學(xué)者的青睞。Haberhauer等采用T-FTIR光譜研究分析了不同層次土壤有機(jī)質(zhì)分解狀況，與森林土壤層相比，草地土壤層凋落物的輸入具有更高的均勻性[5]。Geyer等應(yīng)用透射FTIR光譜結(jié)合偏最小二乘回歸(PLSR)方法預(yù)測(cè)土壤腐殖質(zhì)的可能性[6]。Cuadros等利用透射FTIR光譜研究了高嶺石-蒙脫石的性質(zhì)和演化機(jī)理[7]。

由于FTIR光譜在土壤學(xué)科研究的不斷深入，傳統(tǒng)透射FTIR光譜技術(shù)已不能滿足科研的實(shí)際要求，而FTIR光譜儀附件衰減全反射(Attenuated Total Reflection；ATR)和漫反射(Diffuse Reflection；DR)光譜的出現(xiàn)，解決了這一問題，并應(yīng)用到土壤學(xué)領(lǐng)域中的分析研究。如ATR-FTIR光譜技術(shù)可用于獲得碳的形態(tài)結(jié)構(gòu)特征[8]以及測(cè)定礦物樣品中多個(gè)固定波數(shù)的吸光度[9]；ATR-FTIR光譜還可以通過(guò)結(jié)合高斯曲線擬合來(lái)分析土壤有機(jī)質(zhì)碳官能團(tuán)變化特征[10]；DR-FTIR光譜可用于量化土壤光譜帶[11]、定量分析土壤有機(jī)質(zhì)中腐殖酸的濃度和官能團(tuán)的相對(duì)濃度[12]以及土壤中的無(wú)機(jī)離子[13]； DR-FTIR光譜還可以結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，建立分析土壤成分的模型，快速對(duì)土壤腐殖層及礦質(zhì)層土壤中的碳含量進(jìn)行分析[14]。綜上，由于紅外光譜儀附件的出現(xiàn)，傅里葉變換紅外光譜測(cè)試平臺(tái)功能不斷擴(kuò)大，性能逐漸提高，也使FTIR光譜技術(shù)在土壤分析中得到更加廣泛的應(yīng)用。

雖然目前T-FTIR，DR-FTIR和ATR-FTIR這3種光譜技術(shù)在土壤中有著較多的研究，但是由于被測(cè)的樣品本身存在差異，不同光譜技術(shù)的優(yōu)劣以及適用范圍尚不清楚。因此本試驗(yàn)用純度較高的有機(jī)物與成分復(fù)雜的土壤為試驗(yàn)材料，對(duì)3種不同F(xiàn)TIR光譜技術(shù)的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，為光譜技術(shù)在土壤學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

本試驗(yàn)所用儀器為Thermo Scientific NicoletiS50傅立葉變換紅外光譜儀，包括透射平臺(tái)、衰減全反射平臺(tái)和漫反射平臺(tái)。檢測(cè)范圍4 000～400 cm-1，掃描次數(shù)32次，分辨率4 cm-1，測(cè)定時(shí)選擇自動(dòng)大氣背景扣除，每次測(cè)試完成后用酒精棉進(jìn)行清潔。

1.2 試驗(yàn)材料

于2020年11月，在陜西省富縣任家臺(tái)子午嶺林區(qū)內(nèi)采集遼東櫟林地和草地的0—20 cm的原狀土，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干后挑出根系、石塊、蟲體等雜物后研磨備用。有機(jī)物 (苯甲酸、硬脂酸)為分析純，于常溫下保存?zhèn)溆?。?duì)混合土壤(遼東櫟、草地)測(cè)定選取9個(gè)不同比例(1∶0，9∶1，4∶1，2∶1，1∶1，1∶2，1∶4，1∶9，0∶1)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 傅里葉變換紅外透射光譜(T-FTIR) 透射法是采用溴化鉀壓片法對(duì)樣品紅外光譜測(cè)定，對(duì)于已知官能團(tuán)有機(jī)物(苯甲酸、硬脂酸)的測(cè)定，將光譜純的溴化鉀在120℃下烘干4 h，有機(jī)物在40℃烘箱內(nèi)烘干10 h至恒重，按照1∶150比例放置于瑪瑙研缽中，并在紅外燈下充分研磨5 min以保證有機(jī)物與溴化鉀混合均勻，充分研磨后的有機(jī)物轉(zhuǎn)移到壓片裝置并填充均勻，上壓片機(jī)加壓20 MPa壓片約30 s，壓片的厚度大約為1 mm左右并呈乳白色不透明狀且有機(jī)物均勻的分布在溴化鉀內(nèi)部。

土壤樣品用瑪瑙研磨儀磨過(guò)0.053 mm分樣篩，將光譜純的溴化鉀在120℃下烘干4 h，土壤樣品60℃烘干16 h至恒重，并按照1∶100比例混合并放置于瑪瑙研缽中，在紅外燈下充分研磨5 min以保證土壤樣品與溴化鉀混合均勻，研磨后的土壤樣品轉(zhuǎn)移到壓片裝置并填充均勻，在壓片機(jī)加壓20 MPa壓片約30 s，壓片的成品厚度大約為1 mm左右，呈半透明狀且土壤樣品均勻的分布在溴化鉀內(nèi)部。

1.3.2 傅里葉變換紅外漫反射光譜(DR-FTIR) 對(duì)于已知官能團(tuán)有機(jī)物(苯甲酸、硬脂酸)的單一測(cè)定，有機(jī)物在40℃烘箱內(nèi)烘干10 h，取適量的有機(jī)物，放置于瑪瑙研缽中，并在紅外燈下充分研磨5 min以保證有機(jī)物粒徑均勻，充分研磨后的有機(jī)物在不使用任何壓力的條件下填充在樣品凹槽中，樣品表面用鋒利的刮刀使之光滑平整。

土壤樣品用瑪瑙研磨儀磨過(guò)0.053 mm分樣篩，將土壤樣品60℃烘干16 h至恒重，稱取適量的土壤樣品，放置于瑪瑙研缽中，并在紅外燈下充分研磨5 min以保證土壤樣品粒徑均勻。在不使用任何壓力的條件下填充在樣品凹槽中，樣品表面用鋒利的刮刀使之光滑平整。

對(duì)于有機(jī)物與溴化鉀混合不同比例進(jìn)行測(cè)定，需將光譜純的溴化鉀在120℃下烘干4 h，有機(jī)物在40℃烘箱內(nèi)烘干10 h，按照1∶150比例放置于瑪瑙研缽中，并在紅外燈下充分研磨5 min以保證有機(jī)物與溴化鉀混合均勻，充分研磨后的有機(jī)物在不使用任何壓力的條件下填充在樣品凹槽中，樣品表面用鋒利的刮刀使之光滑平整。

1.3.3 傅里葉變換紅外衰減全反射光譜(ATR-FTIR)對(duì)于已知官能團(tuán)有機(jī)物(苯甲酸、硬脂酸)的測(cè)定，有機(jī)物在40℃烘箱內(nèi)烘干10 h，取適量的有機(jī)物，放置于瑪瑙研缽中，并在紅外燈下充分研磨5 min以保證有機(jī)物呈粉末狀且粒徑均勻。

測(cè)試前將土壤樣品用瑪瑙研磨儀磨過(guò)0.053 mm分樣篩，將土壤樣品60℃烘干16 h至恒重，取適量的土壤樣品，放置于瑪瑙研缽中，并在紅外燈下充分研磨5 min以保證土壤樣品粒徑均勻。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Omnic9.9軟件對(duì)紅外光譜進(jìn)行基線校正并另存為CSV文本，使用Excel 2019整理數(shù)據(jù)、R語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用Origin 2021制作結(jié)果圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紅外光譜技術(shù)測(cè)定有機(jī)物樣品的對(duì)比分析

2.1.1 衰減全反射光譜(ATR-FTIR) 由圖1可知，苯甲酸和硬脂酸在ATR平臺(tái)上測(cè)得的譜圖呈現(xiàn)出較好的特征吸收峰，可對(duì)光譜圖進(jìn)行鑒別與分析。苯甲酸譜圖中，3 069.28 cm-1是苯環(huán)中次甲基-CH的伸縮振動(dòng)吸收峰，2 996.68 cm-1是羧酸中羥基-OH伸縮振動(dòng)吸收峰，1 682.43 cm-1是羧酸中羰基-C=O的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 600.45，1 582.12，1 495.88，1 454.10 cm-1是苯環(huán)C=C骨架伸縮振動(dòng)吸收峰，1 420.35 cm-1，932.43 cm-1分別是羧酸中羥基-OH面內(nèi)和面外彎曲振動(dòng)吸收峰，1 289.80 cm-1是 C-O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，705.99和 683.48 cm-1是單取代苯環(huán)中次甲基-CH變形振動(dòng)的特征吸收峰。在硬脂酸譜圖中，2 954.67，1 373.91 cm-1分別是甲基-CH3伸縮振和彎曲振動(dòng)吸收峰，2 914.53，2 847.41 cm-1分別是亞甲基-CH2的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)和對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，1 697.64 cm-1為羧酸中羰基-C=O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，1 471.34 cm-1為亞甲基-CH2對(duì)稱彎曲振動(dòng)吸收峰，1 098.41 cm-1為C-O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，1 410.45，932.43 cm-1分別為羧酸中羥基-OH的面內(nèi)和面外彎曲振動(dòng)吸收峰。

圖1 苯甲酸和硬脂酸ATR-FTIR譜圖

2.1.2 透射光譜(T-FTIR) 由圖2可知，用純度較高的有機(jī)物樣品可以制備成錠片進(jìn)行上機(jī)測(cè)試，但譜圖中出現(xiàn)平頭峰，沒有有效特征吸收峰，無(wú)法對(duì)光譜圖進(jìn)行鑒別與分析。

圖2 苯甲酸與硬脂酸T-FTIR譜圖

由圖3可知，用KBr稀釋過(guò)的苯甲酸和硬脂酸的譜圖呈現(xiàn)出較好的特征吸收峰，可對(duì)光譜圖進(jìn)行鑒別與分析。苯甲酸譜圖中，3 071.97 cm-1是苯環(huán)中次甲基-CH的伸縮振動(dòng)吸收峰，3 000.83 cm-1是羧酸中羥基-OH伸縮振動(dòng)吸收峰，1 686.08 cm-1是羧酸中羰基-C=O的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 601.96，1 583.64，1 496.46，1 454.10 cm-1是苯環(huán)C=C骨架伸縮振動(dòng)吸收峰，1 424.96 cm-1，934.77 cm-1分別是羧酸中羥基-OH面內(nèi)和面外彎曲振動(dòng)吸收峰，1 292.87 cm-1是 C-O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，705.99和 683.48 cm-1是單取代苯環(huán)中次甲基-CH變形振動(dòng)的特征吸收峰。在硬脂酸譜圖中，2 955.83，1 375.19 cm-1分別是甲基-CH3伸縮振和彎曲振動(dòng)吸收峰，2 917.21，2 849.12 cm-1分別是亞甲基-CH2的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)和對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收峰，1 686.08 cm-1為羧酸中羰基-C=O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，1 471.34 cm-1為亞甲基-CH2對(duì)稱彎曲振動(dòng)吸收峰，1 099.10 cm-1為C-O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，1 410.83，933.21 cm-1分別為羧酸中羥基-OH的面內(nèi)和面外彎曲振動(dòng)吸收峰。

圖3 KBr稀釋后苯甲酸和硬脂酸T-FTIR譜圖

2.1.3 漫反射光譜(DR-FTIR) 由圖4可知，苯甲酸和硬脂酸在DR平臺(tái)上測(cè)得的譜圖呈現(xiàn)出較好的特征吸收峰，可對(duì)光譜圖進(jìn)行鑒別與分析。苯甲酸譜圖中，3 073.21 cm-1是苯環(huán)中次甲基-CH的伸縮振動(dòng)吸收峰， 3 035.66 cm-1是羧酸中羥基-OH伸縮振動(dòng)吸收峰，1 716.29 cm-1是羧酸中羰基-C=O的伸縮振動(dòng)吸收峰，1 603.59，1 584.38，1 496.57，1 455.67 cm-1是苯環(huán)C=C骨架伸縮振吸收峰，1 431.74，947.94 cm-1分別是羧酸中羥基-OH面內(nèi)和面外彎曲振動(dòng)吸收峰，1 303.82 cm-1是 C-O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，719.14和 685.06 cm-1是單取代苯環(huán)中次甲基-CH變形振動(dòng)的特征吸收峰。在硬脂酸譜圖中，2 958.57，1 376.40 cm-1分別是甲基-CH3伸縮振和彎曲振動(dòng)吸收峰，2 917.21，2 857.70 cm-1分別是亞甲基-CH2的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)和對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，1 717.59 cm-1為羧酸中羰基-C=O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，1 470.11 cm-1為亞甲基-CH2對(duì)稱彎曲振動(dòng)吸收峰，1 098.79 cm-1為C-O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，1 410.79，941.74 cm-1分別為羧酸中羥基-OH的面內(nèi)和面外彎曲振動(dòng)吸收峰。

圖4 苯甲酸和硬脂酸DR-FTIR譜圖

2.2 土壤樣品在不同紅外光譜技術(shù)中的對(duì)比分析

2.2.1 衰減全反射光譜(ATR-FTIR) 由圖5可知，在ATR平臺(tái)上對(duì)遼東櫟土壤樣品測(cè)得的譜圖僅有兩個(gè)有效特征吸收峰，分別為1 455.38 cm-1處甲基-CH3變形振動(dòng)和1 007.94 cm-1處醚鍵C-O-C特征吸收峰。

圖5 遼東櫟土壤ATR-FTIR譜圖

2.2.2 透射光譜(T-FTIR) 由于土壤本身的特性無(wú)法壓片，只能與KBr粉末混合后制備成錠片上機(jī)測(cè)試。由圖6可知，遼東櫟的土壤譜圖呈現(xiàn)出較好的特征吸收峰，可以對(duì)光譜圖的進(jìn)行鑒別與分析。3 619.00，3 550.98 cm-1是醇酚類化合物中羥基-OH特征吸收峰，2 971.90，2 850.24 cm-1為脂肪類化合物中甲基-CH3特征吸收峰，1 660.20，1 543.20，1 432.67 cm-1為芳香類化合物中苯環(huán)C=C骨架特征吸收峰，1 031.03 cm-1為多糖類化合物中醚鍵C-O-C特征吸收峰。

圖6 遼東櫟土壤與KBr混合T-FTIR譜圖

2.2.3 漫反射光譜(DR-FTIR) 由圖7可知，遼東櫟土壤的譜圖呈現(xiàn)出較好的特征吸收峰，可以對(duì)光譜圖的進(jìn)行鑒別與分析。3 620.69，3 410.73 cm-1是醇酚類化合物中羥基-OH特征收峰，2 930.23 cm-1為脂肪類化合物中甲基-CH3特征吸收峰，1 992.13，1 867.86，1 794.95 cm-1為石英的泛頻峰，1 621.70，1 454.22 cm-1為芳香類化合物中苯環(huán)C=C骨架特征吸收峰，982.42 cm-1糖類化合物中醚鍵C-O-C特征吸收峰。

圖7 遼東櫟土壤DR-FTIR譜圖

2.3 土壤混合樣品在T-FTIR與DR-FTIR技術(shù)中定量分析

通過(guò)比較土壤官能團(tuán)在3種不同傅里葉變換技術(shù)下特征吸收峰的差異，發(fā)現(xiàn)T-FTIR以及DR-FTIR的表征效果較好，因此采用這兩種光譜技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的定量分析。以遼東櫟土壤樣品作為參照與草地的土壤樣品按不同比例混合，分別用T-FTIR與DR-FTIR測(cè)試，分析每個(gè)測(cè)試樣品譜圖中不同波段的特征吸收峰面積差異后，選取波數(shù)2 980～2 880 cm-1吸收峰面積作為參照。由圖8可知，隨著混合樣品中草地土壤質(zhì)量分?jǐn)?shù)的逐漸增大，波段1 470～1 440 cm-1與2 980～2 880 cm-1的吸收峰面積的比值隨之升高。線性擬合T-FTIR光譜中R2=0.70，DR-FTIR光譜中R2=0.88。

圖8 兩種光譜測(cè)試下的線性擬合圖

3 討 論

3.1 有機(jī)物與土壤樣品在ATR-FTIR光譜技術(shù)中的差異

圖1中苯甲酸與硬脂酸樣品均出現(xiàn)本身具有的特征吸收峰，表明ATR-FTIR光譜技術(shù)可以得到樣品中官能團(tuán)或者基團(tuán)的特征吸收峰。圖5中遼東櫟土壤樣品僅在1 455.38 cm-1，1 007.94 cm-1處出現(xiàn)甲基-CH3和醚鍵C-O-C兩個(gè)特征吸收峰。這一方面是由ATR-FTIR光譜工作原理導(dǎo)致的。當(dāng)紅外光束在晶體內(nèi)的入射角大于臨界角時(shí)會(huì)發(fā)生全反射。這時(shí)紅外光束并未穿越晶體表面進(jìn)入待測(cè)樣品，而是在晶體的外邊面附近產(chǎn)生隱失波，當(dāng)樣品與晶體外表面接觸時(shí)，在反射點(diǎn)隱失波會(huì)穿入樣品。從隱失波衰減的能量可得到樣品的吸收信息，檢測(cè)器經(jīng)轉(zhuǎn)換與變換得到樣品的ATR-FTIR光譜[15]。隱失波的穿透深度受光束波長(zhǎng)的影響。穿透深度與光束的波長(zhǎng)呈正比，不同波長(zhǎng)的紅外光透入樣品的深度不同，在長(zhǎng)波處吸收峰因透入深度大使峰強(qiáng)增大，在短波處吸收峰較弱[16]。所以ATR-FTIR光譜在不同波數(shù)區(qū)間靈敏度也不相同，這就是在短波區(qū)域靈敏度低的原因。另一方面是由于土壤本身的異質(zhì)性，使其折射率較低，從而影響吸收峰的強(qiáng)弱。相比于土壤樣品，有機(jī)物樣品本身的折射率較高。因此， ATR-FTIR光譜適用于純度較高的樣品，對(duì)組成復(fù)雜的土壤樣品不宜使用。

3.2 有機(jī)物與土壤樣品在T-FTIR光譜技術(shù)中的差異

在T-FTIR光譜試驗(yàn)中，把有機(jī)物(苯甲酸、硬脂酸)制備成錠片測(cè)試后，并沒有得到有效特征吸收峰譜圖，而是在譜圖中出現(xiàn)平頭峰(圖2)，其原因是測(cè)試樣品含量過(guò)多與濃度過(guò)高使得特定波段紅外光被全吸收。在T-FTIR測(cè)試過(guò)程中，樣品被放置在紅外光束的路徑上，當(dāng)紅外光源照射樣品后，樣品中的分子會(huì)吸收某些特定波長(zhǎng)的光，使樣品中的分子被激發(fā)到一個(gè)更高的能量狀態(tài)，就會(huì)發(fā)生紅外光的吸收，沒有被吸收的光會(huì)到達(dá)檢測(cè)器，經(jīng)轉(zhuǎn)換與變換得到樣品的T-FTIR光譜[17]。即使有機(jī)物所用含量達(dá)到制備錠片的最小值時(shí)，大部分紅外光線也無(wú)法穿過(guò)樣品到達(dá)檢測(cè)器。由圖3可知，當(dāng)用KBr與有機(jī)物樣品150∶1混合稀釋后，樣品含量減少同時(shí)濃度降低，使其具有更好的透光性，由此可以得到清晰具有特征吸收峰的譜圖。因此，根據(jù)T-FTIR光譜的工作原理可知，制備的樣品必須濃度較低且錠片厚度較薄，才能有足夠的光線到達(dá)檢測(cè)器。

對(duì)于土壤而言，土壤是復(fù)雜多組分混合物質(zhì)，其本身不具有壓制成片的特性，需使用KBr與土壤樣品按100∶1混合后，研磨充分后制備成透光性較好的錠片。由圖6可知，遼東櫟土壤樣品測(cè)試譜圖中具有明顯的特征吸收峰。因此，T-FTIR光譜對(duì)純度較高和成分復(fù)雜土壤樣品都可以進(jìn)行測(cè)試，但制備樣品工藝較復(fù)雜，需先用KBr與樣品混合稀釋，再將混合后的樣品放入模具壓成錠片方可上機(jī)測(cè)試。

3.3 有機(jī)物與土壤樣品在DR-FTIR光譜技術(shù)中的差異

在DR-FTIR光譜測(cè)試中，無(wú)論是純度較高的有機(jī)物還是成分復(fù)雜的土壤樣品均能測(cè)得有效特征吸收峰(圖4，圖7)。這是因?yàn)镈R-FTIR中紅外光照射到粉末樣品表層上時(shí)，紅外光與樣品的作用有兩種。一部分光在樣品顆粒表面反射，由于反射光束沒有進(jìn)入樣品顆粒內(nèi)部，所以不負(fù)載樣品的任何信息。另一部分光會(huì)射入樣品內(nèi)部，光束在樣品內(nèi)部經(jīng)過(guò)多次的透射、折射和反射后，從粉末樣品的表面各個(gè)方向射出來(lái)組成漫反射光并匯集到檢測(cè)器上[18]。這部分漫反射光與樣品分子發(fā)生了相互作用，負(fù)載了樣品的結(jié)構(gòu)和組成信息[19]。由此可知，DR-FTIR光譜技術(shù)對(duì)樣品的純度也無(wú)特殊要求，適用于成分較純的有機(jī)物與成分復(fù)雜的土壤樣品，且只需少量的樣品，無(wú)需制備樣品，。

此外，有機(jī)物和土壤在3種光譜中吸收峰的峰位并不相同，這是因?yàn)槠錅y(cè)定原理的不同，對(duì)樣品作用的機(jī)理也就不同，從而導(dǎo)致相同官能團(tuán)或基團(tuán)的吸收峰的峰位發(fā)生偏移現(xiàn)象，但這并不影響對(duì)圖譜中特征吸收峰歸屬的比對(duì)與識(shí)別。

3.4 土壤混合樣品在T-FTIR與DR-FTIR技術(shù)中定量分析

紅外光譜定量分析是根據(jù)郎伯-比爾定律，在透射光譜中吸光度與樣品組分百分含量呈正比，也與樣品厚度呈正比[20]。而漫反射光譜的吸光度與樣品的組分含量不符合郎伯-比爾定律，是因?yàn)榇嬖阽R面反射光。須將吸光度轉(zhuǎn)化成K-M值以消除與波長(zhǎng)有關(guān)的鏡面反射效應(yīng)，轉(zhuǎn)換后的K-M值與樣品組分含量就可以呈線性比例關(guān)系進(jìn)行定量分析[21]。由圖8可知，隨著草地土壤樣品的質(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增大吸收峰面積的比率隨之升高，線性擬合結(jié)果DR-FTIR比T-FTIR光譜較好。原因是與DR-FTIR光譜技術(shù)相比， T-FTIR光譜技術(shù)在樣品制備過(guò)程中增加了KBr稀釋與壓片工藝，具體表現(xiàn)為樣品與KBr混合研磨過(guò)程中均勻性不能得到保證，在壓片過(guò)程中并不能保證每次重復(fù)的樣品厚度是一致的。透射光的強(qiáng)度受樣品的厚度及土壤樣品在KBr內(nèi)部分布均勻情況的影響。因此，DR-FTIR光譜技術(shù)在獲取樣品組成和結(jié)構(gòu)信息方面更為直接可靠。

4 結(jié) 論

ATR-FTIR光譜技術(shù)僅適用于純度較高的物質(zhì)分析，對(duì)成分復(fù)雜的土壤樣品不適用。T-FTIR光譜技術(shù)可用于純度較高物質(zhì)和成分復(fù)雜的土壤樣品，但需用KBr稀釋，且制備工藝較為復(fù)雜。DR-FTIR光譜技術(shù)可直接用于測(cè)定有機(jī)物和成分復(fù)雜的土壤樣品，無(wú)需經(jīng)KBr稀釋，無(wú)需制備樣品，簡(jiǎn)單易操作。在混合物定量分析中，DR-FTIR優(yōu)于T-FTIR光譜技術(shù)，可用于大量土壤樣品的測(cè)定。