Главная / Библиотека / Разработанные и разрабатываемые методы оптической спектроскопии в растениеводстве и сельском хозяйстве

Разработанные и разрабатываемые методы оптической спектроскопии в растениеводстве и сельском хозяйстве

Теги спектроскопия Флуоресцентная спектроскопия avantes рамановская спектроскопия
Разработанные и разрабатываемые методы оптической спектроскопии в растениеводстве и сельском хозяйстве

С помощью оптической спектроскопии ученые исследуют процесс взаимодействия веществ с электромагнитным излучением, а именно пропускание, испускание и поглощение электромагнитного излучения светом. В ходе спектроскопических измерений оценивается взаимодействие электронов, протонов и ионов в веществе на основе энергии столкновения. Оптическая спектроскопия представляет собой неразрушающий аналитический метод, имеющий широкое распространение в растениеводстве и сельском хозяйстве. С помощью данного вида исследований можно определить наличие микробной инфекции, вредителей, токсинов, химикатов и примесей в сельскохозяйственной продукции.

Каждый элемент или соединение имеет свою уникальную спектральную сигнатуру, то есть в зависимости от своего состава специфически реагирует на определенную длину волны. В биологии спектроскопия широко используется при проведении качественного и количественного анализов. В растениеводстве и сельском хозяйстве используются различные типы оптической спектроскопии, в том числе:

  • Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР)
  • Спектроскопия в ультрафиолетовом и видимом диапазонах
  • Флуоресцентная спектроскопия

Инфракрасная (ИК) спектроскопия и спектроскопия в ультрафиолетовом и видимом диапазонах в основном используются в сельском хозяйстве. В этой статье описаны некоторые разработанные и разрабатываемые методы оптической спектроскопии, применяемые в растениеводстве и сельском хозяйстве.

Спектроскопия в ультрафиолетовом и видимом диапазонах

Спектр УФ-излучения, в котором проводится спектроскопия, охватывает волны в ультрафиолетовом (от 100 нм до 380 нм) и видимом (от 380 нм до 750 нм) диапазонах. Спектроскопия в ультрафиолетовом и видимом диапазонах используется для обнаружения повреждений и болезней у растений путем изучения внешних дефектов образца. Данный тип спектроскопии также используется при проведении количественного анализа, например, для определения содержания питательных веществ в сельскохозяйственной продукции. К применениям спектроскопии относится контроль качества пищевых масел с точки зрения окисления жиров и цвета.

Инфракрасная (ИК) спектроскопия

ИК-спектроскопия проводится в ИК-диапазоне от 780 нм до 1 мм. Данный диапазон дополнительно разделен на три группы: инфракрасный (от 30 мкм до 1 мм), средний инфракрасный (от 5 мкм до 30 мкм) и ближний инфракрасный (от 780 нм до 5 мкм).

ИК-спектроскопия широко используется для контроля качества бобовых и овощей.

  • Спектроскопия в среднем инфракрасном диапазоне: используется для определения специфических связей и функциональных групп. Данный тип спектроскопии также используется для качественного и количественного анализа углерода, азота и лигнина. Как правило, с помощью спектроскопии в среднем инфракрасном диапазоне осуществляется изучение состава почвы, содержания в ней органических веществ и определения других ее свойств. Анализ образцов можно проводить методом спектроскопии нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) в инфракрасной области с преобразованием Фурье (ИКФС) и диффузным отражением (ДО). С помощью НПВО исследователи определяют содержание органических веществ в почве, в то время как ДО используется для анализа химического состава почвы и гумуса. Посредством спектроскопии в среднем инфракрасном диапазоне также определяют содержание лигнина, углеводов, целлюлозы, жиров и белка в растениях. Важно отметить, что спектроскопия в среднем инфракрасном диапазоне используется для диагностики грибковых заболеваний растений, а также для измерения уровней микотоксинов в зерновых культурах на этапах выращивания, переработки и хранения.
  • Спектроскопия ближней инфракрасной области (БИК-спектроскопия): используется, в частности, в сельском хозяйстве. С помощью БИК-спектроскопии можно определить степень созревания овощей и фруктов перед сбором урожая. Благодаря верной оценке образца в виде сухого вещества обеспечивается сбор урожая овощей  и фруктов в нужное время. Как правило, инфракрасная спектроскопия используется в цехах первичной обработки пищевой продукции, где осуществляется контроль и отбор зерновых культур, грибов, фруктов и овощей, подходящих для обработки. С помощью БИК-спектроскопии выявляются грибковые и вирусные заболевания зерновых культур, а также проводится оценка уровней микотоксинов во всей цепочке поставок зерновых культур. Использование БИК-спектроскопии позволяет бороться с засухой: определяются культуры, для получения которых требуется больше воды, и фермеры надлежащим образом регулируют процесс орошения. Немаловажно, что путем отслеживания роста растений с помощью спектрофотометра для анализа растений фермеры и ученые контролируют развитие сельскохозяйственных культур для оптимального внесения питательных веществ (удобрений).

Флуоресцентная спектроскопия

Свет, испускаемый фрагментом молекулы, придающим ей флуоресцентные свойства, или флюорофором, называется флуоресценцией. Флуоресцентная спектроскопия, как правило, характеризуется высокой чувствительностью и используется для количественного анализа небольших концентраций соединений. С помощью флуоресцентной спектроскопии можно обнаружить содержание загрязняющих веществ, таких как патогенные микроорганизмы (сальмонелла, микотоксины и пищевые добавки, например, аспартам). Данный тип спектроскопии также используется для структурного анализа, например, для определения незначительных изменений в структуре белков, углеводов и липидов в маслах.

Рамановская спектроскопия

Рамановская спектроскопия (РС) представляет собой еще один тип колебательной спектроскопии. С помощью РС проводится спектральный анализ образца с применением комбинационного рассеяния света, обеспечивающего взаимодействие фотонов с электронами вещества. В зависимости от уровней колебательной энергии атомов фотоны теряют или приобретают энергию. РС используется для контроля качества, например, для обнаружения примесей в маслах, а также оценки химического состава пищевых ингредиентов и продуктов.

Другие методы спектроскопии

В число других методов спектроскопии, используемых в сельском хозяйстве и растениеводстве, входят спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и атомно-эмиссионная спектроскопия. ЯМР предполагает проведение спектрального анализа на основе магнитных свойств атомов вещества. Данный метод используется для анализа почвы и изучения тканей растений.

С помощью ЯМР ученые контролируют процесс созревания и высушивания сельскохозяйственных продуктов, а также их соответствие пищевым стандартам. Атомно-эмиссионная (АЭ) спектроскопия широко применяется для качественного и количественного анализа химических веществ, особенно элементов. АЭ-спектроскопия в сочетании с индуктивно связанной плазмой используется для обнаружения содержания микроэлементов.

Дальнейшие перспективы

Работа многих небольших ручных инструментов основана на методах спектроскопии, в связи с чем применять данные методы в своей деятельности могут фермеры.

По словам исследователей, в будущем спектроскопия приобретет большое значение в сфере так называемого умного сельского хозяйства. В связи с сильным влиянием климатических изменений на сферу сельского хозяйства требуется раннее выявление биотических и абиотических стрессов у растений, которое можно осуществить с помощью различных оптических решений, применяемых в умном сельском хозяйстве. Таким образом, фермеры могут немедленно принять соответствующие меры и предотвратить крупные потери сельскохозяйственной продукции.

Свет является одним из наиболее важных факторов окружающей среды, влияющих на физиологию растений, что, в свою очередь, влияет на урожайность и качество растительной продукции. Реакция растений на различные спектры объясняется ростом, а также выработкой гормонов и вторичных метаболитов. Данное направление исследований в значительной степени зависит от методов спектроскопии, используемых in situ или дистанционно. В будущем все фермеры должны получить возможность приобретать передовые спектроскопические приборы по низкой стоимости.

 

© Avantes

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по поставке оборудования AVANTES на территории РФ

Online заявка

Теги спектроскопия Флуоресцентная спектроскопия avantes рамановская спектроскопия
Новые статьи
Характеристика свойств субхондральной кости человека с помощью спектроскопии в ближней инфракрасной области (БИК)

Дегенеративные заболевания суставов часто характеризуются изменениями свойств суставного хряща и субхондральной кости. Эти изменения часто связаны с толщиной субхондральной пластинки и морфологией трабекулярной кости. Таким образом, оценка целостности субхондральной кости может дать важные сведения для диагностики патологий суставов. В данном исследовании изучается потенциал оптической спектроскопии для характеристики свойств субхондральной кости человека. Образцы остеохондральной кости (n = 50 – количество образцов) были извлечены из коленного сустава трупа человека (n = 13) в четырех анатомических точках и подвергнуты БИК-спектроскопии(в ближней инфракрасной области). Затем образцы были исследованы с помощью микрокомпьютерной томографии для определения морфометрических характеристик субхондральной кости, включая: толщину пластинки (Sb.Th), толщину трабекул (Tb.Th), объемную долю (BV/TV) и индекс модели структуры (SMI). Связь между свойствами субхондральной кости и спектральными данными в 1-м (650 - 950 нм), 2-м (1100 - 1350 нм) и 3-м (1600-1870 нм) оптических окнах была исследована с помощью многомерного метода частичных наименьших квадратов (PLS) регрессии. Значимые корреляции (p < 0.0001) и относительно низкие ошибки прогнозирования были получены между спектральными данными в 1-м оптическом окне и Sb.Th (R2 = 92.3%, ошибка = 7.1%), Tb.Th (R2 = 88.4%, ошибка = 6.7%), BV/TV (R2 = 83%, ошибка = 9.8%) и SMI (R2 = 79.7%, ошибка = 10.8%). Таким образом, БИК-спектроскопия в 1-м тканевом оптическом окне способна характеризовать и оценивать свойства субхондральной кости и потенциально может быть адаптирована во время артроскопии.

Моделирование нервного волокна на основе оптического волновода

Миелинизированные аксоны являются многообещающими кандидатами для передачи нервных сигналов и света ввиду их волноводных структур. С другой стороны, с появлением таких заболеваний, как рассеянный склероз и нарушений формирования и передачи нервных сигналов из-за демиелинизации, понимание свойств миелинизированного аксона как волновода приобретает большую важность. Настоящее исследование направлено на то, чтобы показать, что профиль показателя преломления (ПП) миелинизированного аксона играет существенную роль в передаче лучей в нем. 

Оптимизация обнаружения сверхслабых световых потоков

В ходе исследования, описанного в данной статье, были объединены статистическая модель, анализ шумов детектора и эксперименты по калибровке. Согласно результатам, видимый свет может быть обнаружен с помощью ПЗС камеры с электронным умножителем с соотношением сигнал/шум, равным 3, для потоков с количеством фотонов менее 30 фотонов с−1 см−2.

Диагностика импульсного плазменного потока

Импульсные плазменные потоки в плазменных ускорителях широко используются для решения ряда научных и практических задач. Особый интерес среди применений импульсных плазменных потоков представляют термоядерный синтез и астрофизические исследования, например, экспериментальное исследование взаимодействия импульсного плазменного потока с материалами.

Полные высокопроизводительные настольные системы сканирования HSI PUSH-BROOM

Применение гиперспектральной визуализации заметно расширилось за последние годы. Тем не менее, остается общая проблема, а именно: предоставление полного интегрированного решения для фиксации 2-D гиперспектральных изображений в компактном настольном формате, которое предоставляет подробную спектральную информацию для определения компонентов, количества и их распределения в плоскости сканирования.

Автофлуоресцентная микроскопия — идентификация бактериальных сигналов на образцах горных пород
Распространенным методом обнаружения микробов в жидких и нежидких образцах является окрашивание флуоресцентными красителями, при котором образцы окрашиваются флуорофором, возбуждаемым фотонами от источника света. Флуорофоры — это молекулы, которые проявляют флуоресценцию, и могут быть биомолекулами естественного происхождения (в этом случае флуоресценция называется автофлуоресценцией), флуоресцентными красителями (синтезированными молекулами) или минералами. Конкретные применения красителей включают обнаружение и перечисление бактерий, визуализацию экспрессии генов и обнаружение биомолекул, которые иначе невозможно было бы отследить.
У Вас особенный запрос?
У Вас особенный запрос?
Весьма часто наши заказчики лучше нас знают, какое оборудование им нужно. В этом случае мы берём на себя общение с производителем, доставку и таможенную очистку, а также все вопросы гарантийного периода. Пожалуйста, заполните эту форму, и мы свяжемся с Вами, чтобы помочь решить любую Вашу задачу. Или позвоните нам по телефону +7(495)199-0-199
Форма заявки
Ваше имя: *
Ваше имя
Ваш e-mail: *
Ваш телефон: *
Ваш телефон
Наши
контакты
г. Москва, ул. Бутлерова, д. 17Б

г. Санкт-Петербург, улица Савушкина 83, корп. 3