1: Hintergrund des Experiments

Der wirksame Bestandteil im Nonda Herbizid ist eine Chemikalie, die Glyphosat genannt wird, in der Glyphosat, N- (Phosatylmethyl), eine Form des Glycamin-Isomethamin-Salzes ist. Diese Form von Glyphosat ist leicht zu handhaben und wirksam. Der Glyphosatgehalt im allgemeinen Nonda Herbizid beträgt etwa 2%, während es bei der praktischen Verwendung auch mit Wasser verdünnt wird.

In diesem Experiment verwendeten wir variable optische Eintauchsonde mit einer Reichweite von 10 mm bzw. 5 mm, um die Absorptionsfähigkeit dieser niedrigen Konzentrationen von Glyphosat zu testen und ihre Detektionsgrenzen zu prüfen. Bei der Absorptionsmessung ist die Lichtbereichslänge negativ mit der Erkennungsgrenze korreliert, daher prognostizieren wir, dass eine Lichtbereichslänge von 10 mm genauere und zuverlässigere Ergebnisse liefert. Wir verwendeten eine 5-mm-Sonde, um zu überprüfen, ob Glyphosat auch bei kürzeren Lichtbereichen erkannt werden kann und ob es ähnliche Ergebnisse wie eine 10-mm-Sonde erzielt.

2: Aufbau eines Spektrumsystems

Im Experiment verwendeten wir das wissenschaftliche UV-/sichtbare Spektrometer AvaSpec-HERO von Avantes (Abbildung 1). Das AvaSpec-HERO Spektrometer basiert auf einer kompakten optischen Plattform mit hoher Empfindlichkeit (Brennweite = 100 mm, numerische Öffnung = 0,13) und einem hintergrundbeleuchteten CCD-Detektor mit 1024 x 58 Pixeln, der eine hohe Empfindlichkeit und Auflösung bietet. AvaSpec-HERO verfügt über eine fortschrittliche AS7010-Leiterplatte, die einen leistungsstarken AD-Wandler mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis und Dynamikbereich, USB-3.0 und Ethernet-Schnittstellen für Hochgeschwindigkeitskommunikation enthält. Da dieses Experiment eine hohe Empfindlichkeit im UV-Bereich erfordert, haben wir dieses Spektrometer verwendet.

Abbildung 1 Experimentssystem: AvaSpec-HERO Spektrometer, AvaLight-XE Hochleistungs-Impuls-Xenonlampe und Variable-Range-Immersionssonde

Die Lichtquelle verwendet eine pulsierte Xenonlampe AvaLight-XE-HP, die sehr gut im ultravioletten Bereich funktioniert und über einen Y-Trigger mit dem Spektrometer verbunden ist. Es beginnt zu arbeiten, nachdem es das TTL-Signal des Spektrometers empfangen hat, um sicherzustellen, dass das Spektrum nur gemessen wird, wenn die Lichtquelle arbeitet. Die Anzahl der Blitze pro Messung kann in der AvaSoft-Software eingestellt werden, um spektrale Sättigung zu vermeiden (die Sättigung verursacht, wenn übermäßige Lichtmengen in das Spektrometer gelangen). Wir haben die Anzahl der Blitze auf 3 Mal im 10mm-Lichtbereichslängenversuch und auf 2 Mal im 5mm-Lichtbereichslängenversuch eingestellt.

Abbildung 2: Variable Reichweite Eintauchsonde mit einer optischen Länge von 10 mm

Die letzte Komponente des experimentellen Systems ist die Variable-Range-Immersion-Sonde von Avantes. Avantes bietet wissenschaftlichen und industriellen Kunden Eintauchsonde mit festen oder variablen Lichtbereichslängen (Abbildung 2), die durch Rotation und Straffung von Kupferrohren verändert werden können. Eine längere Reichweite eignet sich für die Messung von Proben mit niedriger Konzentration und eine kürzere Reichweite für die Messung von Proben mit hoher Konzentration. Dies liegt daran, dass größere Entfernungen mehr Licht in die Probe erlauben, und Sonden mit einer optischen Reichweite von 10 mm sind für Proben mit niedrigeren Konzentrationen besser geeignet als Sonden mit einer Länge von 5 mm.

3: Versuchsprozess

In Abbildung 3 ist das empfohlene Verdünnungsverhältnis für das Nonda Herbizid: 1,5 Unzen (3 Esslöffel) Nonda Herbizid mit 1 Gallone Wasser gemischt, wobei die Konzentration der Nonda Herbizidprobe etwa 1,2% beträgt. Unter unverändertem Lösungsgewicht wurden die anderen drei Proben um 25%, 50% und 75% mehr verdünnt als die empfohlenen Konzentrationen. (Diese Konzentration wurde auf der Grundlage der anderen drei Konzentrationen bestimmt, die um 25 %, 50 % und 75 % höher als die empfohlenen Konzentrationen verdünnten.)

Abbildung 3 Konzentration und Prozentsatz der verdünnten Nonda Herbizidprobe

Das Lösungsmittel ist deionisierendes Wasser, das zur Verdünnung einer Nonda-Lösung mit einem Glyphosatgehalt von 2% verwendet wird, die vier Probenkonzentrationen von 1,2%, 0,88%, 0,59% und 0,29% erhält (Abbildung 3). Der Prozentsatz von Glyphosat in den vier Proben betrug 0,024%, 0,018%, 0,012% und 0,0058% (Abbildung 3). Die vier verdünnten Proben sind in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4: Verdünnte Nonda Herbizidlösung in 4 verschiedenen Konzentrationen

4: Experimentale Daten und Ergebnisse

Vor dem Testen der Probe stellten wir die Integrationszeit des Spektrometers auf 30ms und die Anzahl der Blitze der AvaLight-XE-HP-Lichtquelle auf dreimal fest. Wir testeten zunächst vier Proben mit einer 10 mm Lichtbereichslänge, wählten den Absorptionsmodus und speicherten zunächst dunkles Geräusch, um das Geräusch, das das Instrument mit sich bringt, zu beseitigen, mit dem Lösungsmittel (deionisiertes Wasser) als Bezug. Die Absorptionsmessungen mit einer Sonde mit 10 mm optischer Reichweite sind in Abbildung 5 dargestellt.

Abbildung 5: Absorptionsmessungen mit einer Sonde mit 10 mm Lichtbereichslänge

Der Absorptionsspitze des reinen Glyphosats liegt bei etwa 265 nm, während der Absorptionsspitze des verdünnten Glyphosats sich in einer beliebigen Wellenlänge von 200 bis 300 nm befindet. Die Spitzen, die wir im Experiment gemessen haben, liegen bei etwa 200 nm und die Spektralform stimmt auch mit den Spektraldaten anderer Forscher überein. Daher kann sich beweisen, dass mit einer Sonde mit einer 10 mm Lichtbereichslänge Glyphosat in vier Nuda Herbizid-Verdünnungslösungen gut gemessen werden kann.

Im zweiten Experiment wurde eine 5 mm optische Längensonde verwendet, und wir stellten die Integrationszeit des Spektrometers auf 20 ms und die Anzahl der Blitze der AvaLight-XE-HP-Lichtquelle auf 2 Mal ein, um Sättigungssituationen zu vermeiden. Die Messungen sind in Abbildung 6 dargestellt.

Abbildung 6: Absorptionsmessungen mit einer 5 mm optischen Sonde

5: Diskussionsergebnisse

Die Konsistenz des Messspektrums der 5 mm-optischen Sonde ist weniger als das Messspektrum der 10 mm-Sonde. Die Probe 2 (lila, um 25 % verdünnt) und die Probe 4 (schwarz, um 75 % verdünnt) hatten eine andere spektrale Form als die beiden anderen Proben. Und die Absorptionsspektrlinie von Proben 2 und 4 sank nicht schnell nach dem Erreichen des Spitzes, sondern sank nicht wirklich. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Messungen mit einer 5-mm-Sonde weniger zuverlässig sind als mit einer 10-mm-Sonde. Dies stimmt mit unserer ursprünglichen Annahme überein: Da alle vier Proben ausreichend verdünnt sind, können 10-mm-Sonden bessere Messergebnisse erzielen. Die folgenden Abbildungen (7, 8, 9 und 10) vergleichen die Testergebnisse von 10 mm-Sonden und 5 mm-Sonden für jede Probe. Die Messungen mit einer 5-mm-Sonde mit einer 10-mm-Sonde können genauer gesehen werden. Abbildung (11) ist eine Zusammenfassung aller spektralen Ergebnisse dieses Experiments.

Abbildung 7: Messung geeigneter Konzentrationslösung mit einer 5 mm/10 mm optischen Sonde

Abbildung 8: Messung einer um 25 % verdünnten Lösung mit einer 5 mm/10 mm optischen Sonde

Abbildung 9: Messung einer Lösung mit einer 50% erhöhten Verdünnung mit einer 5 mm/10 mm optischen Sonde

Abbildung 10: Messung einer um 75 % verdünnten Lösung mit einer 5 mm/10 mm optischen Sonde

Abbildung 11: Alle Messungen mit einer 5 mm/10 mm optischen Sonde

6: Schlussfolgerungen

Wie vorhergesagt, können die Eintauchsonde mit variablem Lichtbereich von 10 mm die Absorptionsspitzen von Glyphosat besser erkennen. Eine 5 mm optische Sonde kann auch Glyphosat-Signale erkennen, aber die Spektralform ist nicht so gleichmäßig wie eine 10 mm optische Sonde. Alle vier stark verdünnten Proben zeigten sich bei längeren Lichtbereichslängen als besser zu experimentieren. Wenn unsere Vermutung richtig ist, kann eine 5-mm-optische Sonde bessere Ergebnisse liefern, wenn die Probenkonzentration in einem anderen Experiment erheblich erhöht wird.

Dieses Experiment hat gezeigt, dass die Variable-Range-Immersionssonde für die Absorptionsmessung von Proben mit niedrigen Konzentrationen geeignet ist und einen großen Konzentrationsbereich abdecken kann. Dieses Experiment hat gut gezeigt, dass bei unterschiedlichen Konzentrationen von Proben bessere Testergebnisse erzielt werden können, wenn die unterschiedlichen Lichtbereiche, die durch eine variable optische Eintauchsonde bereitgestellt werden, verwendet werden.