برهم‌کنش نور با ماده را می‌توان یک اصل اساسی در طیف سنجی دانست. به زبان ساده می‌توان گفت که شما نور را به یک ماده می‌تابانید. پس از برهم‌کنش‌هایی که در اثر تابش نور با ماده شما رخ می‌دهد، می‌توانید چندین طول موج را دریافت کنید. این طول موج‌ها می‌توانند نماینده‌ای از ویژگی‌های فیزیکی نمونه باشند. شما با روش طیف سنجی می‌توانید ویژگی‌هایی مانند دما، جرم، میزان تابندگی و ترکیبات نمونه را مشخص کنید. این ویژگی‌ها تنها نمونه کوچکی از دریا اطلاعاتی هستند که شما به کمک روش اسپکتروسکوپی می‌توانید به آن دست یابید.
این روش جذاب در بیشتر علوم و زمینه‌ها کاربردهای فراوان و خاص خود را دارد. قبل از بررسی مطلب اصلی احتمالا برای شما جالب باشد تا با کاربردهای طیف سنجی در علم کشاورزی بیشتر آشنا شوید. شما می‌توانید از این روش در انجام کنترل کیفیت محصولات غذایی، بررسی میزان خلوص شیمیایی در خاک، به حداکثر رساندن منابع برداشت، آنالیز خواص کود و موارد دیگر استفاده کنید.
تعیین کیفیت خاک در طیف سنجی
کیفیت خاک مورد استفاده در کاشت و زراعت نقش بسیار مهمی در شناسایی نرخ کلی تولید مواد غذایی در این مکان‌ها دارد. همان طور که می‌دانید تولید انبوه محصولات غذایی و طولانی شدن فصل‌های برداشت می‌تواند کیفیت خاک را تحت تاثیر قرار دهد. راهی که کشاورزان برای حل این مشکل ارائه می‌دهند، اضافه کردن مواد مغذی مکمل مانند کود به خاک زمینشان است. آن‌ها با اضافه کردن این مواد به خاک، کمک می‌کنند تا شرایط بهینه و رشد مستمر را فراهم کنند.
همه می‌دانیم که اضافه کردن کود به خاک محصولات به خودی خود بسیار مفید است. اما به نظر شما اگر مقدار آن و مواد مغذی موجود در آن کم و زیاد شود؛ کیفیت خاک به چه صورت تغییر می‌کند؟ درست است که این کودها برای تقویت رشد محصولات مفید هستند، اما این افزودنی‌های مغذی باید به دقت تحت نظارت و بررسی قرار گیرند تا این اطمینان حاصل شود که مقدار مناسبی از این مواد مغذی به خاک عرضه شده است.
بیشتر کودهای کشاورزی غلظت‌های بیشتری از نیتروژن و فسفر را دارند که هر دو این عناصر باید به دقت آنالیز شوند تا این اطمینان حاصل شود که محصولات سالم با عملکرد بالاتری تولید شده است. خوب است بدانیم که فسفر و نیتروژن دو عنصر ضروری هستند که باعث رشد و پایداری گیاه می‌شوند.
اکنون که اهمیت شناسایی و تعیین غلظت این دو عنصر را بیشتر درک کردیم؛ زمان آن رسیده است تا با یکی از روش‌های تعیین غلظت فسفر آشنا شویم.
تعیین غلظت فسفر خاک با اسپکتروفتومتر Uv-Vis
این تکنیک در تعیین غلظت فسفر موجود در نمونه‌های آب نیشکر، آب، کود و مواد پاک کننده استفاده شده و موفق بوده است. در این روش شما می‌توانید از ماده‌ای به نام مولیبدن بلو استفاده کنید و به کمک آن غلظت یک فسفات معدنی را به دقت تعیین کنید. در مدت زمان این آزمایش ماده‌ای به نام فسفومولیبدن بلو تشکیل می‌شود که همان طور که حدس می‌زنید از واکنش بین مولیبدن بلو و هر فسفات معدنی موجود در نمونه به وجود می‌آید. جذب این ماده از طول موج ۸۰۰ تا ۹۰۰ نانومتر برای تعیین شدت ماکزیمم اندازه گیری شده است. این واکنش برای کامل شدن تنها به ۳۵ دقیقه زمان نیاز دارد. کارگران کشاورزی با استفاده از دستگاه Uv-Vis یا همان اسپکتروفتومتر می‌توانند به سرعت وجود فسفات‌ها را در نمونه‌های خود بدون نیاز به استخراج آنالیت و یا HPLC تعیین کنند.
تعیین غلظت نیتروژن با طیف سنجی
علاوه بر کودهای حاوی فسفر، انواع مختلفی از کودهای نیتروژنی وجود دارد. در نتیجه عزیزانی که در حوزه کشاورزی مشغول به فعالیت هستند نیاز ویژه‌ای دارند تا به سرعت بتوانند حضور نیترات‌ها را در نمونه‌های خاک خود آنالیز کنند. در این جا هم مشابه روشی که برای شناسایی فسفات با اسپکتروفتومتر استفاده شد، عمل می‌کنیم. تشخیص وجود نیترات در نمونه کود تنها با اضافه کردن چند قطره محلول غلیظ سولفات آهن (FeSO4) به نمونه به دست می‌آید. آنالیز طیف سنجی جذبی پرتو ایکس می‌تواند برای تعیین کمیت رنگ بنفش نمونه و در نهایت تعیین میزان نیترات موجود در یک نمونه کود مورد استفاده قرار گیرد.
تا به این جا مقاله با دو روش از روش‌های گوناگون طیف سنجی آشنا شدیم. در قسمت بعدی مقاله به سراغ روش دیگری می‌رویم.
طیف سنجی NIR در کشاورزی
طیف سنجی NIR یک تکنیک تحلیلی قدرتمند است که می‌تواند به عنوان یک روشی سریع در تعیین ترکیب مواد مغذی نمونه‌های غذا در اختیار کاربران قرار گیرد. بررسی میزان پروتئین و رطوبت در غلات و آنالیز مقدار پروتئین، روغن و رطوبت موجود در سویا جزء اولین کابردهای طیف سنجی NIR در کشاورزی به حساب می‌آیند. پس از معرفی طیف سنجی NIR به صنعت کشاورزی، از این روش به عنوان یک تکنیک تحلیلی اصلی برای آنالیز گیاهان، حیوانات و خاک استفاده می‌شود. از مزیت‌های اصلی این روش در یک مقاله‌ای جداگانه به طور مفصل صحبت می‌کنیم. اما به طور مختصر خوب است بدانید که توانایی این روش در آنالیز سریع و کاهش هزینه‌ها نسبت به سایر روش‌های آنالیزی سابق، مزیت‌هایی هستند که نمی‌توان به هیچ وجه آن‌ها را نادیده گرفت.
یکی دیگر از این کاربردها تشخیص مخلوط علوفه در مزارع است. در واقع اگر کشاورزان بدانند که مقدارهای موجود در مخلوط‌های مختلف علوفه مزارع به چه صورت است؛ بهتر می‌توانند محتوای غذایی (فیبر و …) را که گاو خورده است، درک کنند. در این راستا پژوهش‌هایی نیز صورت گرفته است که آن را در ادامه به صورت مختصر بررسی می‌کنیم.
در این پژوهش، گروهی از محققین نمونه‌های علوفه را از ۹۱ مکان مختلف در اطراف نیویورک در سال‌های ۲۰۱۲،۲۰۱۱ و ۲۰۱۴ جمع آوری کردند. طیف NIR برای هر نمونه علف بعد از فرآیندهای خشک کردن و سیلو کردن اندازه گیری شد. محققان مجددا این پژوهش را در سال ۲۰۱۵ تکرار کردند. با این تفاوت که در پژوهش جدید ۹۸ نمونه مختلف جدا و خشک شدند. این نمونه‌ها دوباره به صورت تصادفی با مخلوط‌های ناشناخته‌ای ترکیب می‌شوند. در نهایت این نمونه‌ها ارزیابی می‌شوند تا متوجه شوند که سیگنال‌های NIR قادر به شناسایی با دقت نمونه‌ها هستند یا خیر.
سرانجام محققان بعد از انجام این پروژه‌ها در سال‌های مختلف به این نتیجه رسیدند که طیف سنجی NIR در این پروژه ابزار بسیار مفیدی است. در واقع شما با استفاده از این تکنیک می‌توانید ترکیب علوفه و یا چمن موجود در مزارع گاو را با سرعت بالا و هزینه پایین به راحتی شناسایی کنید.
جمع بندی
شما بعد از خواندن این مقاله آموخته‌اید که طیف سنجی چگونه می‌تواند راهگشای شما در علم کشاورزی باشد. این روش سرعت و دقت عمل شما را بالا می‌برد و کمک می‌کند تا فرآیندهای خود را به صورت موثرتری انجام دهید. مثلا همان طور که اشاره شد، شما برای تعیین غلظت فسفر خاک با اسپکتروفتومتر Uv-Vis تنها به ۳۵ دقیقه زمان نیاز دارید. در طیف سنجی NIR در کشاورزی نیز متوجه شدید که این روش قدرتمند تا چه اندازه می‌تواند به شما کمک کننده باشد. مواردی که در بالا بررسی شد، تنها نمونه‌ای از کاربردهای گسترده این روش جذاب در کشاورزی است. اگر تمایل دارید که با مطالب بیشتر و جامع‌تری در این رابطه آشنا شوید، حتما مقاله‌های منتشر شده در آکادمی طیف سنجی را مطالعه بفرمایید.
