Muligheter med NIR sensor

Stasjonære NIR sensorer finnes også, men ikke sikker på om noen norske bønder har kjøpt stasjonære sensorer. Stasjonære blir som regel brukt av laboratorier for undersøkelser av en grovfôrprøve for eksempel. Men hva om en slik håndholdt eller maskinintegrert NIR sensor kunne ha målt fôrkvaliteten på alle skiftene dine innad på gården eller på alle rundballene dine, uten at du måtte ha sendt inn prøver til analyse og kostnadene tilknyttet dette.

Nær infrarød spektroskopi blir ofte forkortet til NIRS eller NIR. Dette er en teknologi som har vært brukt i kornindustrien siden 1960 tallet for kvalitetsmålinger. NIR blir også brukt innenfor mange andre bransjer som, farmasi, medisin, mat, miljø, arkeologi og landbruk for å nevne noen. NIR teknologi bruker nær infrarødt lys for å måle innholdet i en prøve. Den nærinfrarøde delen av lyset blir primært absorbert av bindinger mellom hydrogen, karbon, oksygen, nitrogen og svovel. Slike kjemiske elementer finner vi i vann, fett, protein og cellevegger, noe vi ikke finner i mineraler og sporstoffer, disse er derfor usynlige på NIR-spekteret. Til mineralanalyser i grovfôr må vi derfor bruke kjemiske analyser.

Innenfor jordbruket så er det ofte NIR sensorer som bruker diffus refleksjon som blir foretrukket som feltapparater, og det som heter transmisjon blir som regel brukt når det er små mengder som skal måles. Enkelt forklart sender diffus refleksjon lyset ned/mot prøven, og analyserer lyset som reflekteres tilbake. Lyset som kommer tilbake, viser den kjemiske informasjonen til prøven som ble bestrålt.

Figur 1: Bildet viser prinsippene bak diffus refleksjon

Fordeler med NIR sensorer er at de måler hurtig og ikke ødelegger prøven, slik at samme prøve kan måles flere ganger. På laboratorier brukes ofte FT-NIR systemet, dette er komplekse og dyre systemer, som passer best i laboratorier. For feltapparater brukes ofte et system som heter diode array fordi dette systemet måler hurtig, noe som trengs under innhøsting. En av ulempene med diode array sammenlignet med FT-NIR er at de ofte måler i en mindre lengde på lysskalaen, noe som gjør at den leser mindre informasjon fra prøven. Resultatene blir dermed mer usikre ved bruk av håndholdte sensorer sammenlignet med laboratoriet utstyr.

Figur 2: Bilde viser ulike NIR systemer og hvor "bredt" de måler i nanometer

Når en analyserer gras/surfôr så er informasjon om tørrstoff en viktig faktor for å vurdere fôrkvaliteten.. For NIR sensoren er tørrstoff og vanninnhold det enkleste å måle og lager da store, brede bølger, derfor kan vann «overskygge» de resultatene (med små bølger) man egentlig er ute etter. Dette kan være et problem under innhøsting når forholdene og vanninnholdet i prøven varierer mye.

Figur nr. 3 viser at jo høyere innhold av vann man har så blir områdene hvor vann blir tatt opp «bredere» slik at informasjon som ligger nært disse områdene kan bli «oversett». Her kommer viktigheten av gode kalibreringer inn i tillegg.

Figur 3: viser målingen av melkepulver, smør, ost og yoghurt, med utpekte områder for tørrstoff prosent og hvor vann blir absorbert i NIR spektrumet

En NIR sensor blir aldri bedre enn kalibreringene, og for et sikkert resultat må NIR sensorene kalibreres ofte og med et godt datasett i bakgrunnen. Det er en utfordring at mange av feltapparatene som blir solgt i Norge som regel ikke er laget her, og heller ikke har norske kalibreringssett. Dette fører til at kalibreringene ofte blir satt på bakgrunn av utenlandsk plantemateriale. I praksis blir heller ikke disse kalibreringene oppdatert regelmessig for at de skal kunne gi de beste målingene.

Basert på erfaringer fra test utført av NLR er det kun tørrstoff og delvis proteininnhold som har gitt tilfredsstillende resultat. De andre parameterne har vært for ustabile til at vi har kunne stole på verdiene som har kommet fram. Jo flere prøver som det blir tatt analyser av, jo større tallgrunnlag blir det for å kalibrere utstyret. Kalibrering blir fort kostbart om man skal betale for en kjemisk analyse i tillegg til analyser på NIR-utstyret. Det er imidlertid mye som skjer på denne fronten, flere aktører kommer på banen med nyere og forbedrede versjoner. Gode kalibreringer under norske forhold er imidlertid viktig for at vi skal få utstyr vi kan stole på når det gjelder analyseverdier. 

Høstekart

En NIR sensor kan også kobles opp med andre sensorer som danner et høstekart/avlingskart når man høster avlingen, enten dette skulle være korn eller gras. I korn er det ofte sensorer som registrerer tørrstoff prosent og vekt som vil danne avlingskartet, ut ifra GPS signal og informasjon fra treskeren (Figur 5). For korn produksjon får man ofte opp kg avling per dekar eller hektar. I grasproduksjon kobler man denne NIR sensoren slik at man i tillegg til avling per dekar/hektar, får for eksempel verdiene protein, NDF, sukker, tørrstoff prosent frem i høstekartet sitt. Ut fra dette avlingskartet i gras kan man vurdere feks. om man skal forandre på gjødslingen til neste slått. Høstekartene er også ofte gode til å finne områder der det er noe «feil» som sett på «Figur 4 og 6»