Экспресс-анализ селена в почве спектроскопией лазерно-индуцированной плазмы Текст научной статьи по специальности «Физика»

Ш ▲ SIEEEiE* лазерная физика и волоконная оптика

Экспресс-анализ селена в почве спектроскопией лазерно-индуцированной плазмы

Рогачевская А.В.

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Е-mail: rogachevskaya.alexa@yandex.ru

DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-40-41

Селен известен как один из ключевых микроэлементов для поддержания здоровья человека и животных, что стимулирует работы по разработке удобрений для почв. Однако, концентрация селена в почвах должна поддерживаться в узком интервале, так как и недостаток, и избыток селена приводят к серьезным заболеваниям. В связи с этим разработка экспресс-методов контроля состава почв непосредственно в полевых условиях является важной задачей. Применение стандартных аналитических методов определения селена в лабораторных условиях достаточно ограничено вследствие длительного цикла пробоподготовки (отбор проб, растворение в кислотах занимает десятки и сотни минут) и высокой стоимости анализа одного образца, что позволяет проводить только единичные измерения и исключает подробное картирование распределения селена на полях. Применение экспресс-подходов элементного анализа могло бы решить поставленную задачу по контролю селена на культивируемых полях. Методы рентгеновской спектроскопии не обладают достаточной чувствительностью для определения селена в полевых условиях [1], в то время как спектрометрия лазерно-индуцированной плазмы отличается более высокой чувствительностью к лёгким элементам и позволяет дистанционно производить измерения.

В настоящей работе впервые представлены результаты количественного элементного анализа селена в почвах спектрометрией лазерно-индуцированной плазмы. Выбор аналитической линии был затруднён вследствие спектрального наложения линий селена, железа и алюминия, а моделирование спектров лазерной плазмы не выявило подходящие варианты линий. Детальный анализ экспериментальных спектров почв с добавкой селена позволяет выбрать спектральную линию Se I 203.96 нм в качестве аналитической и получить градуировочные графики, по

22-24 октября 2024 г.

которым были оценены точность и чувствительность определения селена в образцах почв (Рис. 1). Проведено изучение влияния количества точек лазерного пробоотбора (представительность анализа) на результаты количественного определения селена в почвах. Проведено сравнение аналитических возможностей определения селена (точность, чувствительность) для прессованных таблеток почвы и образцов почв без какой-либо пробоподготовки. Представлены возможности спектрометрии лазерно-индуцированной плазмы по картированию распределения селена по поверхности почв. Продемонстрирована возможность экспресс-картирования распределения селена по глубине керна почвы, что позволяет получать трёхмерные карты распределения селена в верхнем горизонте почвы. Результаты работы демонстрируют перспективы для разработки компактного лазерного прибора для установки на сельскохозяйственные машины или беспилотные авиационные носители для непрерывных автоматизированных измерений.

а)

140000

и 120000

■2.100000 со О)

g 80000 а; 60000

-50000 мг/кг Se -10000 мг/кг Se -1000 мг/кг Se 0 мг/кг Se

СО

uu

R2 = 0,95

Предел обнаружения 300 мг/кг

205

Длина волны (нм)

Концентрация селена в почве (% масс.)

Рис. 1. Спектры плазмы (а) и градуировочный график (б) образцов прессованной почвы с содержанием селена 0 и 1 *103^5*104 мг/кг.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации в рамках проекта создания и развития научного центра мирового уровня «Центр фотоники» (соглашение № 075-15-2022-315 от 20 апреля 2022 г.).

1. KalnickyD.J. and Singhvi R., Journal of Hazardous Materials. 2001,

83, 93-122.

40000 -

50000

с 20000 -

J -

200