—來自美國勞倫斯伯克利國家實驗室的綠色化學分析技術

技術背景
 當激光作用于樣品表面時，在極短時間內誘導產生含有樣品物質的等離子體，等離子體產生的過程中，發射出帶有樣品元素信息的發射光譜，通過檢測這些發射光譜，得到樣品的元素信息。這種技術被稱為激光誘導擊穿光譜技術LIBS（Laser Induced Breakdown Spectroscopy），俗稱激光光譜元素分析技術，檢測限可達ppm級；隨著等離子的冷卻，凝結的樣品顆粒可輸送到ICP-MS，可測量樣品中的微量、痕量元素或同位素，檢測限可達ppb級。 測量的元素可覆蓋元素周期表中的大部分元素，高達100多種。
激光光譜元素分析系統是美國應用光譜公司APPLIED SPECTRA（ASI公司）融會美國勞倫斯伯克利國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）30多年激光化學分析基礎理論研究成果推出的產品。ASI公司由美國勞倫斯伯克利國家實驗室科學家 Dr. Rick Russo及其團隊成立。Russo博士研究領域包括：激光加熱和激光剝蝕過程的機理研究；飛秒激光進樣系統；利用激光剝蝕技術提高LIBS及ICP-MS 的化學分析精度；激光超聲的無損檢測和評估等。Russo 博士共發表學術論文300 多篇，22 項。ASI公司在激光應用領域具的技術及經驗。

系統介紹
激光光譜元素分析系統創造了激光等離子光譜化學分析技術的新時代，將LIBS技術和ICP-MS結合，將檢測限提高到ppb級，并可得到樣品元素的空間分布圖（elements mapping)。目前已廣泛用于和實驗室，如美國勞倫斯伯克利國家實驗室、美國大克拉曼多犯罪實驗室 、巴西圣保羅大學、 美國西北太平洋國家實驗室等眾多機構。

J200激光光譜元素分析系統基于激光誘導擊穿光譜技術，實現了從氫元素到钚元素幾乎全元素的測量，包括H、N、O等輕元素以及鹵族等其他傳統方法（包括ICP-MS）不能測量的元素。此外，J200激光光譜元素分析系統還可升級為激光質譜聯用元素分析系統，將剝蝕出的納米級固體樣品微粒直接送入ICP-MS進行更精確的分析，有效避免酸溶、消解等復雜樣品前處理帶來的二次污染和可能的誤差引入，同時還可以大大提升元素檢測限，實現了ppb以下到的寬范圍測量，還可在分析同位素的同時進行主量元素的分析。

功能
快速檢測土壤、植物、中草藥、刑偵材料（玻璃、油墨等）、礦石、合金等樣品中的：
? 常量元素N, P, K, Ca, Mg, S

工作原理
激光光譜元素分析系統的固體激光器產生激光作用于樣品表面。當激光能量大于樣品擊穿門檻能量時，在樣品表面形成等離子體。這些等離子體中受激光能量激發到達高能態的樣品物質在迅速回遷至低能態的過程中，發射出帶有樣品元素種類、含量信息的發射光譜，這些發射光譜信號被智能信號收集系統收集并傳輸至光譜儀中進行分光，再由CCD檢測器進行檢測，得到元素信息。

硬件特點
激光光譜元素分析系統可對樣品進行全元素快速檢測，同時可將固體樣品的剝蝕顆粒直接送入ICP-MS系統，
實現ppb級精確分析。彌補了ICP-MS不能測量部分輕元素的缺憾，也有效避免了ICP-MS分析中繁雜的樣品前處理
過程及可能引入的二次污染。
激光光譜元素分析系統可與市面上絕大多數主流品牌ICP-MS的聯用。
激光光譜元素分析系統配備有固體樣品室，還可根據用戶需求同時配置氣體、液體樣品室，并通過設置可自動
切換的光路系統，實現固、液、氣體樣品室在同一系統中的自動化切換，無需人為拆卸。
激光光譜元素分析系統的硬件采用模塊化設計，易于更新。激光器和光譜儀（檢測器）可根據樣品的種類及用
戶的研究目的進行升級，兩者均不受外界環境溫度影響，無需進行特殊的環境控制，使用壽命長。
的激光能量和激光光斑大小連續可調，激光脈沖能量穩定一致，可實現樣品分層剝蝕、夾雜物和微光斑分析
（直徑小可達5μm）、元素分布制圖、高精度定量等多種分析。
激光光譜元素分析系統采用ASI技術：剝蝕導航激光和樣品高度自動調整傳感器相結合，解決了樣品表面
凹凸不平導致剝蝕不均勻的問題；激光能量穩定閥確保到達樣品表面的激光能量穩定一致；3-D全自動操作臺。
具備雙攝像系統，分別用于廣角成像和放大觀察某一樣品區域。

軟件特點
系統軟件能實現對所有硬件組件的控制，能提供多種采樣模式，包括直線、曲線、隨機點、網格任意大小和自定義采樣等，通過設置參數，可在無人值守的條件下自動進行大面積采樣。

內置的數據分析軟件功能強大、分析速度快。能任意選取譜線及背景，自動計算譜線的凈強度；計算兩個波峰之比；自動計算所有波峰的標準偏差；同步分析所有文件夾及目錄下的測量數據。多次采樣時，軟件自動統計監測LIBS的強度 ，監控信號質量，獲得精確的定性和定量分析結果。

數據分析軟件具有單變量和多變量校準曲線制定功能，易于完成高精度定量分析。單變量標定曲線對于基質較為簡單的樣品分析效果較好。多變量標準曲線用于分析基質較為復雜的樣品，例如土壤、植物樣品等，以減少基質中其它元素對目標元素的影響，提高分析準確性。

此外，數據分析軟件還具有PCA、PLS-DA、多參數線性回歸等多種化學統計分析功能。可對樣品進行快速分類鑒別，并可通過樣品某一特定元素的二維或三維分布制圖，形象展示樣品元素的分布。

應用案例

將不同來源的9個土壤標準樣品壓片處理，使用ASI公司的J200激光光譜元素分析系統進行測量，并采用J200內置的專業分析軟件對測量結果進行分析。并對分析結果的精確度和分類鑒別能力進行評價。圖1為9個土壤標準樣品的PCA三維分析結果圖。這表示分析結果能良好的判斷出這9個樣品為不同類型的土壤。采用建立的標準曲線檢測21號土壤標準物樣品，以此來評價分析的準確度和精度（表1）。

2、植物樣品表層及深層元素分布
將植物葉片置于金屬元素溶液中至24小時，使用J200激光光譜元素分析系統對葉片進行掃描，可見植物葉片對重金屬元素吸收分布的情況。其中常量元素由LIBS系統直接測出，重金屬元素由LA-ICP-MS進行測量。

采用飛秒LA-ICP-MS系統還可以對植物葉片進行深度的剖析。測量葉片內部不同部位的元素變化情況以及特定元素的分布情況。實驗使用飛秒激光器，10個脈沖，脈沖1至脈沖10表示葉片的表層至內部。

3、大米和糙米樣品外殼及內部砷元素的分布圖譜
大米是中國、韓國和日本等東亞諸國的主要農作物，大米中砷元素含量超標引發了很多食品安全問題。食品法典委員會標準中也明確規定鉛含量不得大于0.2mg/kg ，鎘含量不得大于0.1mg/kg，但仍然對砷元素含量無規定。為了建立相關標準，韓國科學技術研究院搜集了韓國市場上常見的100種大米和糙米樣品，分析其中砷元素的含量及分布作為相關標準制定的科學依據。研究結果表明，砷元素主要分布在糙米和大米樣品的表面，并存在砷元素含量明顯的向中心遞減趨勢。結論：砷元素主要分布在大米和糙米的表面，打磨是降低砷元素含量的主要手段。

部分文獻 索取文獻目錄
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