EcoChem激光光譜元素分析系統

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。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。

系統功能：

快速檢測土壤、植物、中草藥、刑偵材料（玻璃、油墨等）、礦石、合金、珠寶等樣品中的

常量元素N， P， K， Ca， Mg

微量元素Fe， Cu， Mn， Zn， B， Mo， Ni， Cl

痕量元素：可檢測化學周期表上大部分元素

其他：有機元素C、H、O和輕元素

Li、Be、Na等（其他技術很難同時分析）

應用領域：

土壤、植物樣品檢測

中藥元素分析

刑偵微量物證分析

農產品檢測

地質礦物分析

煤粉組分檢測

重金屬污染檢測

合金分析

寶石鑒定

材料分析等工作原理：

EcoChem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。

系統特點：

●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。

●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、元素分布制圖、高精度定量等多種分析。

●系統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；激光能量穩定確保到達樣品表面的激光能量穩定一致

●系統配備3-D全自動操作臺

●系統操作軟件全中文界面，操作簡單易用

●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、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。

●系統內置中國常見土壤標準樣品庫及標準曲線，常見植物樣品庫及標準曲線

●系統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。

●系統數據分析軟件內置PLS-DA、PCR等多參數線性回歸化學統計分析功能，用于多元變量定量計算。多元變量標準曲線特別適合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。

系統內置的多元變量定量計算模型

●系統還具備多種數據計算模型。如PCA、HCA等化學統計分析功能。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：

元素識別及定性分析

系統可以輕松實現元素的識別并標記，內置數據庫方便元素的查找。

元素定量計算

系統可以很好的針對土壤和植物中的各種金屬和非金屬元素進行定量測量。

氮元素是自然界*豐富的元素之一，主要參與生物圈的氮循環。但是這一元素進入植物體后會在植物體內轉化成為各種含氮的有機物。氮元素可以說是有機物的代表。隨著科技的發展和人們的日益增長的物質需求，人類對氮元素的循環影響也越來越明顯。隨著以氮元素為主的化肥的使用，對農作物也有較大的作用，人們還需要更全面的了解氮元素及其相關產品以及在土壤中存在的形式和含量。

碳元素是植物必須的六種大量元素之首，是生命元素。具有非常重要的意義。如果土壤不能有效地向作物供給碳元素，農作物就會長期處于碳饑渴的病態。如果提高碳元素的含量可以使土壤中的微生物獲得良好的繁殖條件。土壤中微生物的大量繁殖會進一步提高土壤的生物肥力和物理肥力，從而提高土壤中N，P，K等礦質營養元素的利用率，形成良性循環。由此可見，碳元素，磷元素是植物生長過程中必須的營養元素。更好的研究和測量它們的含量，以及測量手段的有效性就至關重要了。

金屬元素的測量

碳元素的測量

磷元素的測量

氮元素的測量

定量計算的結果

元素分布：

元素的分布及含量多少對植物的生長具有重要意義。由于一些元素的缺乏，植物生長會受阻，會產生病癥，不能完成其生活史。所以元素對于植物的生長有著至關重要的作用。同時，植物也會受到周圍環境和土壤里元素變化的影響。

植物進行正常生命活動必需的礦質元素有氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、銅、硼、鋅、錳、鉬、氯等。植物體內這些礦質元素都是可移動的。例如，鎂元素是葉綠素的重要成分，缺少鎂元素時，葉綠素和B類胡蘿卜素含量下降，葉片退綠，對CO2同化能力下降，光合能力下降。鐵元素也是植物體內必需的元素。它是植物體內鐵氧還原蛋白的重要組分，參與植物光合作用、硝酸還原、生物固氮等電子傳遞。缺鐵也會導致葉片失綠。

這些元素的移動規律，含量多少，分布情況和植物體的生長有著密切的關系。植物體對外界元素吸收和運移情況也直接影響著植物體的健康，我們有必要更好的了解植物葉片，根系體系中這些元素的遷移和轉化規律。

上圖反映了植物葉片表層對金屬和非金屬元素吸收的分布及遷移情況

物質鑒別及分類溯源：

1）取土壤樣品，金屬樣品以及四種植物樣品在一起做PCA主成分分析，從下圖可以看出，不同類別的樣品存在很大的差異。而近似的植物樣品有著類似的成分分布，在圖譜中位置也較為接近，如果繼續細分，還可以進一步細分出類似的植物樣品，也是存在一定的差異的。這種方法目前可用來進行物質鑒別及分類溯源。

進一步細分植物樣品

2）取7種相似樣品山西北芪，安徽丹參，四川紅丹參，安徽丹參，甘肅北芪，內蒙北芪和四川紫丹等中藥材參進行主成分分析。

以四川紅丹參為例分析其主要元素組成。

得到7種樣品的快速分類：

每個樣本有25個數據點。通過主成分分析，能夠正確識別所有七個樣本。