激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)在土壤元素檢測(cè)中的應(yīng)用及前景

土壤是一個(gè)體系龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的綜合體，包含豐富的 物理和化學(xué)物質(zhì)[1]，例如礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)、水分、空氣、活體 生物、化石、等。作為人類賴以生存的重要自然資源之一， 土壤更是生態(tài)圈、環(huán)境的重要組成部分，是人類從事各種活 動(dòng)的根本所在，農(nóng)業(yè)土壤是保障農(nóng)副業(yè)持續(xù)生產(chǎn)、品質(zhì) 的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來，伴隨日新月異的技術(shù)與經(jīng)濟(jì) 發(fā)展，大量的人為污染源物質(zhì)以不同的形式進(jìn)入土壤，大 氣，水體等生態(tài)圈，從而影響農(nóng)產(chǎn)品和食品的品質(zhì)，并 通過食物鏈富集作用對(duì)人類健康產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。近幾年，一 系列食物，水體重金屬污染導(dǎo)致的中毒事件給農(nóng)業(yè)和食品安 全監(jiān)測(cè)敲響了警鐘。在眾多的農(nóng)產(chǎn)品污染參數(shù)中，土壤重金 屬的污染日趨嚴(yán)重，成為發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)亟待解決的突出問題之一。

以現(xiàn)在的科技我們常用元素檢測(cè)的方法有很多種，主要以化學(xué)分析為主，例如原子吸收光譜法(AAS)，電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICp-AES)，原子熒光光譜法(AFS)，氣相色譜質(zhì)譜(GC—MS)，X射線熒光光譜法等。這些方法通常需要 較長時(shí)問的樣品準(zhǔn)備和預(yù)處理，實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，分析結(jié)果精度有待提高，誤差較大，重復(fù)性差，而且實(shí)驗(yàn)設(shè)備昂貴，檢測(cè)費(fèi)用較高，對(duì)檢測(cè)對(duì)象有一定的限制等缺點(diǎn)，另外也難以實(shí)現(xiàn)對(duì)元素的原位在線檢測(cè)。此外，有些研究人員采用電化學(xué)方法和較新的酶抑制法、生物傳感器法來應(yīng)對(duì)環(huán)境應(yīng)急，突發(fā)事件中的元素檢測(cè)。

為此余克強(qiáng)，趙艷茹，劉 飛，彭繼宇，何 勇等介紹了常見LIBS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成以及工作原理，綜 述了LIBS技術(shù)對(duì)土壤中大量營養(yǎng)元素，重金屬元素和土壤相關(guān)其他物質(zhì)的研究現(xiàn)狀和主要進(jìn)展，提出了 LIBS檢測(cè)技術(shù)在土壤元素等方面的研究方向和發(fā)展趨勢(shì)。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(1aser-induced breakdown speetrosco— PY，LIBS)技術(shù)，又稱為激光誘導(dǎo)等離子體光譜，是一種快速、原位的對(duì)任何狀態(tài)(固、液和氣態(tài))物質(zhì)元素的化學(xué)分析 檢測(cè)技術(shù)。LIBS技術(shù)是借助透鏡將高功率脈沖激光束聚 焦到待測(cè)樣品上，燒蝕并激發(fā)被測(cè)物，在其表面瞬間產(chǎn)生并 形成等離子體，通過收集并分析等離子體中的原子或離子光 譜來實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)樣品中元素的定性和定量分析。在整個(gè)信息獲取和分析過程中，只需要對(duì)樣品的簡單或無需預(yù)處理，實(shí) 現(xiàn)對(duì)多狀態(tài)待測(cè)物的無損或微損、多元素同步、連續(xù)快速分析，鑒于LIBS技術(shù)的這些獨(dú)特能力，它已經(jīng)廣泛地被 應(yīng)用在工業(yè)處理、環(huán)境化學(xué)監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)學(xué)、考古學(xué)、古董 鑒別、航空航天、農(nóng)業(yè)與食品等相關(guān)領(lǐng)域

LIBS技術(shù)作為一種新型的元素分析的手段，在土壤及 農(nóng)業(yè)相關(guān)方面的研究正展現(xiàn)突飛猛進(jìn)的勢(shì)頭。在今后的研究 中，以下幾方面需要完善和提高：

(1)LIBs分析中新方法和新技術(shù)的開發(fā)。其可以減少 LIBS信號(hào)的噪聲，增強(qiáng)待測(cè)物的信號(hào)強(qiáng)度，從而提高LIES 分析技術(shù)的可靠性，準(zhǔn)確性，重復(fù)性。

(2)LIBs聯(lián)用其他分析技術(shù)的研究。將LIBS技術(shù)與拉 曼(Raman)技術(shù)，熒光技術(shù)，高光譜成像技術(shù)等結(jié)合，提高 激光光譜儀分析測(cè)試能力和拓展儀器的適用性。

(3)LIBS遠(yuǎn)距離遙感檢測(cè)技術(shù)。隨著LIBS技術(shù)的日趨成熟，可以將其搭載于遙感載體，實(shí)現(xiàn)對(duì)高空，深水域，外星球等遠(yuǎn)距離條件的測(cè)定。

(4)便攜化和專用化LIBS儀器的研制開發(fā)?，F(xiàn)有LIPS 儀器主要是基于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成的，開發(fā)可移動(dòng)便攜式和 專用的LIBS儀器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)突發(fā)事件，環(huán)境監(jiān)測(cè)，歷史文物遺產(chǎn)等方面的原位、在線檢測(cè)。

(5)LIBS核心部件的創(chuàng)新研發(fā)。我國目前LIBS相關(guān)部 件多依賴進(jìn)口，自主產(chǎn)品較少，研制具有核心技術(shù)的國產(chǎn) LIBS儀器和部件能夠極大推動(dòng)該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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