随着地区经济的迅猛发展,环境污染问题越来越严重,食品安全也受到各种威胁。其中,重金属污染直接影响到人们身体健康安全,已经受到广泛关注。因此,对重金属污染进行实时监测具有重大意义。激光诱导击穿光谱技术是一种快速定量分析物质构成元素的有效工具。该技术无需复杂的预处理,操作简单,具有实时、快速无损、原位检测等特点,在农产品重金属检测领域应用前景广阔。
一、激光诱导击穿光谱的概述
近些年来,随着激光技术和光谱技术的发展而兴起的激光诱导击穿光谱(laser-induced
breakdown spectroscopy,LIBS)技术是一种有价值、有前景的金属元素检测技术,掀起了广大科研工作者的研究热潮。
激光诱导击穿光谱技术是一种基于原子发射光谱和激光等离子体发射光谱的元素分析技术。利用高能量脉冲激光聚焦到待测样品上,使样品局部表面烧蚀产生高温、高密度的等离子体,等离子体中包含的原子、离子和一些分子,寿命很短,以超音速向四周扩散快速冷却。在冷却过程中,等离子体中的离子和原子产生能量跃迁,并发射其特征波长的光谱,这些光谱的波长与特定的元素一一对应,而且光谱信号强度与对应元素的含量具有一定的量化关系。
二、LIBS国内外研究现状
激光诱导击穿光谱技术是20世纪后期发展起来的一种全新的物质元素分析方法,由美国 Los Alamos 国家实验室的 David Cremers 研究小组1962年提出和实现。[2] 经过多年的发展,LIBS技术日趋成熟,研究热度不断上升,重点研究转向了高灵敏度、精确度、可靠性、精度,消除基体效应,低检测限等。
在国外,人们对激光光谱分析技术进行了较为深入的研究,并且已在许多领域得到了广泛应用。Shen [3]等在空气环境下使用KrF准分子激光烧蚀铝靶,通过快速摄像记录发射光谱图像,来研究激光诱导铝等离子体的空间约束效应。Myriam B等人[4]利用飞秒激光诱导击穿光谱技术探测槐树叶中的痕量元素来分析大气污染程度。实验结果表明,在实验室环境下使用飞秒激光诱导击穿光谱技术进行大气污染的探测具有很好的应用,但是其便携式系统的实际应用还需进一步的研究。Walid Tawfik Y.等人[5]采用 ICCD 探测器同时分析铝合金所含的 Fe,Cu,Be,Si,Mg,Mn 等七种痕量元素。
在国内,近年来LIBS技术研究已经起步,并逐步掀起研究热潮,在各行各业也开始得到应用。为了获得优化的实验条件,李捷等研究了激光等离子体光谱信号采集延迟时间对谱线信背比的影响,对三种不同煤样特征谱线的采集延迟时间进行了优化。崔执凤等,研究了铅黄铜等离子体光谱随激光轰击样品的位置、激光的能量密度的变化情况,并对激光等离子体及其发射谱线的时域特征进行了分析。在地质矿物应用方面,刘林美等利用LIBS技术对云台山的泉水、岩石以及土壤进行定性分析,初步探索了其地质特征。吴戈等用该技术对飞灰中的碳含量进行测量,分析结果与利用发展成熟的经典方法得到的结果相吻合。
三、激光诱导击穿光谱技术的特点
激光诱导击穿光谱技术作为一种有效的物质成分分析方法,有着传统方法无法比拟的优点。该技术无需复杂的预处理,避免了样品二次污染;适用于各种形态的物体;操作简单,分析简便、快速,能够同时分析所有的元素;具有实时、快速无损、原位检测等特点
当然,LIBS技术也存在某些缺点,但是随着科技的发展和技术的成熟,这些不足慢慢得到了解决,各研究小组也正努力地研究克制这些缺点的方法,使其能够在实际监测分析中得到充分发挥,同时各种便携式激光诱导击穿光谱检测仪也陆续在我国上市。
四、总结
激光诱导击穿光谱技术是一种快速定量分析物质构成元素的有效工具。该技术无需复杂的预处理,操作简单,具有实时、快速无损、原位检测等特点,在农产品重金属检测领域应用前景广阔。
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