激光诱导击穿光谱技术在土壤元素检测中的应用及前景

土壤是一个体系庞大、结构复杂的综合体，包含丰富的 物理和化学物质[1]，例如矿物质、有机质、水分、空气、活体 生物、化石、等。作为人类赖以生存的重要自然资源之一， 土壤更是生态圈、环境的重要组成部分，是人类从事各种活 动的根本所在，农业土壤是保障农副业持续生产、品质 的重要物质基础。近年来，伴随日新月异的技术与经济 发展，大量的人为污染源物质以不同的形式进入土壤，大 气，水体等生态圈，从而影响农产品和食品的品质，并 通过食物链富集作用对人类健康产生深远影响。近几年，一 系列食物，水体重金属污染导致的中毒事件给农业和食品安 全监测敲响了警钟。在众多的农产品污染参数中，土壤重金 属的污染日趋严重，成为发展现代农业亟待解决的突出问题之一。

以现在的科技我们常用元素检测的方法有很多种，主要以化学分析为主，例如原子吸收光谱法(AAS)，电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)，电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICp-AES)，原子荧光光谱法(AFS)，气相色谱质谱(GC—MS)，X射线荧光光谱法等。这些方法通常需要 较长时问的样品准备和预处理，实验操作复杂，分析结果精度有待提高，误差较大，重复性差，而且实验设备昂贵，检测费用较高，对检测对象有一定的限制等缺点，另外也难以实现对元素的原位在线检测。此外，有些研究人员采用电化学方法和较新的酶抑制法、生物传感器法来应对环境应急，突发事件中的元素检测。

为此余克强，赵艳茹，刘 飞，彭继宇，何 勇等介绍了常见LIBS系统的结构组成以及工作原理，综 述了LIBS技术对土壤中大量营养元素，重金属元素和土壤相关其他物质的研究现状和主要进展，提出了 LIBS检测技术在土壤元素等方面的研究方向和发展趋势。

激光诱导击穿光谱(1aser-induced breakdown speetrosco— PY，LIBS)技术，又称为激光诱导等离子体光谱，是一种快速、原位的对任何状态(固、液和气态)物质元素的化学分析 检测技术。LIBS技术是借助透镜将高功率脉冲激光束聚 焦到待测样品上，烧蚀并激发被测物，在其表面瞬间产生并 形成等离子体，通过收集并分析等离子体中的原子或离子光 谱来实现对待测样品中元素的定性和定量分析。在整个信息获取和分析过程中，只需要对样品的简单或无需预处理，实 现对多状态待测物的无损或微损、多元素同步、连续快速分析，鉴于LIBS技术的这些独特能力，它已经广泛地被 应用在工业处理、环境化学监测、生物医学、考古学、古董 鉴别、航空航天、农业与食品等相关领域

LIBS技术作为一种新型的元素分析的手段，在土壤及 农业相关方面的研究正展现突飞猛进的势头。在今后的研究 中，以下几方面需要完善和提高：

(1)LIBs分析中新方法和新技术的开发。其可以减少 LIBS信号的噪声，增强待测物的信号强度，从而提高LIES 分析技术的可靠性，准确性，重复性。

(2)LIBs联用其他分析技术的研究。将LIBS技术与拉 曼(Raman)技术，荧光技术，高光谱成像技术等结合，提高 激光光谱仪分析测试能力和拓展仪器的适用性。

(3)LIBS远距离遥感检测技术。随着LIBS技术的日趋成熟，可以将其搭载于遥感载体，实现对高空，深水域，外星球等远距离条件的测定。

(4)便携化和专用化LIBS仪器的研制开发。现有LIPS 仪器主要是基于实验室环境下完成的，开发可移动便携式和 专用的LIBS仪器能够实现对突发事件，环境监测，历史文物遗产等方面的原位、在线检测。

(5)LIBS核心部件的创新研发。我国目前LIBS相关部 件多依赖进口，自主产品较少，研制具有核心技术的国产 LIBS仪器和部件能够极大推动该产业的发展。

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