01.08.2018
Plasmabildung an der Bodenoberfläche durch Laserbeschuss und detektiertes Atomemissionsspektrum.

Plasmabildung an der Bodenoberfläche durch Laserbeschuss und detektiertes Atomemissionsspektrum.

Quelle: BAM, Fachbereich Prozessanalytik

Im Rahmen des BMBF-geförderten Projekts I4S (Intelligence for Soil) erfolgte die Entwicklung eines Online-Sensors für die Bestimmung von Makro- und Mikronährstoffen in Böden. Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) ermöglicht eine schnelle und simultane Multielementanalyse mit geringer bis keiner Probenvorbereitung und stellt eine geeignete Methode für spätere Echtzeitmessungen auf dem Acker dar. Zunächst wurden hierfür erste Testmessungen an synthetischen und realen Böden im Labor durchgeführt. Matrixeffekte, Korngrößeneffekte und Heterogenität erschweren die Quantifizierung der Nährstoffe mittels LIBS. Für die Analyse von Böden aus verschiedenen Regionen Deutschlands wurde eine matrixspezifische Kalibrierung anhand von 16 zertifizierten Referenzböden basierend auf einer klassischen, univariaten Datenauswertung und einer multivariaten Auswertung (Partial Least Squares Regression) erstellt. Zur Validierung der quantitativen Ergebnisse wurden die Proben zusätzlich mit der induktiv gekoppelten, optischen Plasmaspektroskopie (ICP-OES) und der Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) analysiert. Ein Vergleich der verschiedenen Methoden zeigte, dass die Ergebnisse der multivariaten Datenauswertung besser mit denen der Referenzmethoden (ICP-OES und RFA) korrelieren. Des Weiteren konnten Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Böden hinsichtlich ihrer elementaren Zusammensetzung und Textur mithilfe einer Hauptkomponentenanalyse (PCA) visualisiert werden.

Challenges in the quantification of nutrients in soils using laser-induced breakdown spectroscopy – A case study with calcium
Madlen Rühlmann, Dominique Büchele, Markus Ostermann, Ilko Bald, Thomas Schmid
Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, Volume 146, August 2018, Pages 115-121
BAM Abteilung Analytische Chemie; Referenzmaterialien, Fachbereich Prozessanalytik