易(yi)科(ke)泰LIBS元(yuan)素(su)分(fen)析(xi)平臺(tai)技術(shu)方案(an)

易(yi)科(ke)泰生(sheng)態技術(shu)公(gong)司(si)Ecolab®實(shi)驗(yan)室(shi)，與布爾諾(nuo)科(ke)技大(da)學和(he)CEITEC激(ji)光光譜與化學分(fen)析(xi)實(shi)驗(yan)室(shi)及(ji)其(qi)成(cheng)果轉(zhuan)化LightiGo合作(zuo)，可(ke)以為(wei)您客(ke)戶(hu)定(ding)制適(shi)配於(yu)您的專(zhuan)屬LIBS元(yuan)素(su)分(fen)析(xi)平臺(tai)！

左圖：易(yi)科(ke)泰Ecolab®實(shi)驗(yan)室(shi)與CEITEC激光光譜與化學分(fen)析(xi)實(shi)驗(yan)室(shi)壹(yi)起探(tan)討(tao)客(ke)戶(hu)應用(yong)需(xu)求(qiu)；右圖：FireFly LIBS元(yuan)素(su)分(fen)析(xi)平臺(tai)

左圖：CEITEC激(ji)光光譜與化學分(fen)析(xi)實(shi)驗(yan)室(shi)研(yan)發(fa)團(tuan)隊；右圖：研發(fa)團(tuan)隊設計(ji)研發(fa)的(de)野(ye)外移(yi)動式(shi)遙感LIBS元素(su)分(fen)析(xi)系(xi)統，可(ke)對(dui)20m遠的樣品原(yuan)位無(wu)損傷(shang)元(yuan)素(su)分(fen)析(xi)

1. 土壤(rang)主(zhu)要/微(wei)量營養(yang)元素(su)和(he)有害(hai)元(yuan)素(su)檢測

土壤(rang)的(de)主要營(ying)養(yang)元素(su)N、P、K、Si、Ca、Mg、S和(he)微(wei)量元素(su)Fe、Cu、Mn、Zn、B、Mo、Ni等(deng)，對(dui)植物生(sheng)長和(he)生(sheng)理活動至關重要。當(dang)代(dai)的人(ren)為汙染元素(su)比(bi)如(ru)Cu、Pb、Cd、Cr等(deng)以(yi)不同的(de)形式(shi)進(jin)入(ru)土壤(rang)、水(shui)及生(sheng)態系(xi)統，從(cong)而由(you)植物進(jin)入(ru)食(shi)物鏈，並在人體富集、威(wei)脅(xie)人類(lei)健(jian)康。因此，對(dui)於土壤(rang)大(da)量元素(su)、微(wei)量元素(su)、有害(hai)重金屬元素(su)的(de)檢測對(dui)於地球科(ke)學、生(sheng)態環境(jing)、農(nong)業、公(gong)共(gong)健(jian)康都至關重要。

但(dan)是(shi)土壤(rang)的(de)構成(cheng)、理化性質極其(qi)復雜，分(fen)布(bu)差(cha)異和動態(tai)變(bian)化大，因此對(dui)於土壤(rang)元(yuan)素(su)情(qing)況(kuang)的(de)評(ping)估(gu)通(tong)常(chang)需要大(da)量測量數據，因此傳(chuan)統方法的繁瑣(suo)耗(hao)時(shi)是(shi)亟(ji)待(dai)解(jie)決的(de)問(wen)題。LIBS元素(su)測量技術(shu)由(you)於無(wu)須樣品(pin)預(yu)處(chu)理、壹(yi)次測量即可(ke)得到(dao)元(yuan)素(su)周(zhou)期表中(zhong)的(de)所(suo)有信(xin)息(xi)，所(suo)以非(fei)常(chang)簡(jian)單(dan)快速(su)，對(dui)於上述(shu)元(yuan)素(su)的(de)測量可(ke)重復性高(gao)，檢測極限低(di)，是(shi)傳(chuan)統方法的*替代(dai)技術(shu)，並且可(ke)對(dui)動植(zhi)物的元(yuan)素(su)富集進(jin)行(xing)跟蹤快速(su)測量，被稱為(wei)土壤(rang)元(yuan)素(su)測量的“未來之(zhi)星(xing)”。

冶金(jin)廠(chang)附近Cu,、Cr/Si、Pb分布鳥(niao)瞰(kan)圖(tu)，數(shu)據由(you)LIBS技術(shu)測得(Gu et al., 2018)

2020年7月1日(ri)，LIBS*標(biao)準(zhun)（GB/T-38257-2019）正式實施。7月23日(ri)12時(shi)41分(fen)，我國的天問(wen)壹(yi)號火星探(tan)測器(qi)*進(jin)入(ru)預(yu)定(ding)軌道，開(kai)啟了中(zhong)國(guo)火星探(tan)測之(zhi)旅(lv)，邁(mai)出(chu)我國(guo)行(xing)星探(tan)測的(de)*步。其(qi)中(zhong)將(jiang)完(wan)成(cheng)火星(xing)土壤(rang)元(yuan)素(su)測量的任務的(de)，便(bian)是(shi)火(huo)星(xing)車(che)所(suo)搭載的LIBS元素(su)測量系(xi)統。

2. 土壤(rang)C的(de)測量

土壤(rang)C是(shi)土壤(rang)有機(ji)質(zhi)的(de)基礎(chu)元素(su)，在很大(da)程度上決定(ding)了土壤(rang)的(de)理化特性，與土壤(rang)蓄(xu)水能力、肥力直接相(xiang)關(guan)；並且土壤(rang)C是(shi)影響大(da)氣(qi)中(zhong)CO2濃(nong)度、生(sheng)態環境(jing)中(zhong)C循環的(de)直接因素(su)。但(dan)是(shi)土壤(rang)C的(de)動態(tai)變(bian)化的不(bu)確定(ding)性和分布的(de)異(yi)質(zhi)性，以及缺少(shao)有效(xiao)的(de)評(ping)估手(shou)段（測量土壤(rang)C總(zong)量的傳(chuan)統方法比如幹(gan)燒(shao)法，樣品制備(bei)繁復，測量非(fei)常(chang)耗時(shi)）等(deng)因素(su)，使其(qi)評估(gu)壹(yi)直是(shi)個難(nan)題。所(suo)以人們壹(yi)直在尋找(zhao)更(geng)快速(su)、更(geng)具成(cheng)本效(xiao)益(yi)、更(geng)準(zhun)確和(he)靈(ling)敏(min)的土壤(rang)C總(zong)量測量方法。

LIBS技術(shu)無(wu)須樣品(pin)制備(bei)、幾秒(miao)即可(ke)測得結果(guo)，能夠(gou)輕松(song)獲(huo)得成(cheng)千上(shang)萬(wan)個數據，是(shi)土壤(rang)C異(yi)質分布(bu)測量的強(qiang)有力的工具；能(neng)夠(gou)減(jian)少(shao)無(wu)數不(bu)確(que)定(ding)因素(su)，從(cong)而對(dui)C庫及其(qi)變(bian)化進(jin)行(xing)更(geng)可(ke)靠的(de)量化評估(gu)。

2.1 引自: Michael H. Ebinger, et al, Extending the Applicability of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy for Total Soil Carbon Measurement. [J] Soil Science Society of America. 67:1616–1619 (2003).

LIBS技術(shu)對(dui)於土壤(rang)C總(zong)量測量有個問(wen)題：248nm處的(de)C譜線(xian)受(shou)到(dao)Fe譜線(xian)的(de)幹擾(rao)。為(wei)克服(fu)這個問(wen)題，（Ebinger et al., 2003）等人(ren)使用(yong)193nm處(chu)的(de)C譜線(xian)，信(xin)號靈(ling)敏(min)、Fe元素(su)譜線(xian)幹(gan)擾(rao)、並具有*的(de)可(ke)重復性。因此認為(wei) LIBS技術(shu)是(shi)非(fei)常(chang)有力的土壤(rang)C總(zong)量測量方法。

【Lightigo的DragonFly LIBS系(xi)統具有土壤(rang)總(zong)C測量所(suo)須的真空(kong)反(fan)應室(shi)和(he)紫外測量模塊。請聯(lian)系(xi)北京(jing)易科(ke)泰生(sheng)態技術(shu)有限公(gong)司(si)，討(tao)論您的系(xi)統方案(an)。】

2.2引自：Madhavi Z. Martin et al., Laser-induced breakdown spectroscopy for the environmental determination of total carbon and nitrogen in soils. [J] Applied Optics. Vol. 42, 2 /20 April 2003

(Martin et al., 2003)（美(mei)國(guo)橡樹嶺(ling)*實(shi)驗(yan)室(shi)）的(de)研(yan)究中(zhong)，使用(yong)高(gao)分辨(bian)率(lv)光譜儀和可(ke)觸發(fa)的(de)iCCD有效(xiao)區分(fen)248 nm 處的(de)Fe譜線(xian)和(he)C譜線(xian)，並使用(yong)快速(su)、多次(ci)測量的方法提升結果(guo)的(de)穩定(ding)性。

【Lightigo的FireFly LIBS系(xi)統和(he)DragonFly LIBS系(xi)統都可(ke)配置(zhi)高(gao)分辨(bian)率(lv)光譜儀、iCCD檢測器(qi)，具備(bei)時(shi)序(xu)控制功(gong)能，並具有快速(su)測量、數據自動處(chu)理功能。請聯(lian)系(xi)北京(jing)易科(ke)泰生(sheng)態技術(shu)有限公(gong)司(si)討(tao)論您的系(xi)統方案(an)。】

用(yong)酸(suan)沖(chong)洗土壤(rang)去(qu)除無(wu)機C，LIBS測量的則(ze)為有機(ji)C。非(fei)酸沖(chong)洗(xi)的(de)土壤(rang)，測量結果為總(zong)C。

測量數據與傳(chuan)統的(de)幹(gan)燒(shao)法比較，結(jie)果(guo)相(xiang)近(jin)。

3. 土壤(rang)N和(he)P的測量（來源同上(shang)）

(Martin et al., 2003, 美(mei)國(guo)橡樹(shu)嶺*實(shi)驗(yan)室(shi)）應用(yong)LIBS技術(shu)在定(ding)量測量土壤(rang)C的(de)同時(shi)，得到(dao)土壤(rang)總(zong)N（幾(ji)乎(hu)全(quan)部(bu)是(shi)有機(ji)N）的(de)定(ding)量測量結果。由(you)於N2占空氣(qi)的(de)78%，實(shi)驗(yan)必(bi)須小心(xin)保證測量數據的譜線(xian)中(zhong)土壤(rang)N譜線(xian)與空氣(qi)中(zhong)的(de)N無(wu)關。因此使用(yong)266nm波(bo)長、能(neng)量為23mj的激光脈(mai)沖聚(ju)焦在土壤(rang)樣(yang)品表面進(jin)行(xing)燒(shao)蝕，使等(deng)離子體幾(ji)乎(hu)不(bu)存(cun)在於空(kong)氣(qi)中(zhong)。

Martin認為(wei)，LIBS方法操作(zuo)更(geng)簡(jian)單(dan)、分析(xi)速(su)度更(geng)快、無(wu)須預(yu)處(chu)理，是(shi)土壤(rang)C和(he)N測量技術(shu)的*選(xuan)項。中(zhong)科(ke)院智(zhi)能機(ji)械(xie)研究所(suo)的(Lu et al., 2013)應用(yong)LIBS技術(shu)測量土壤(rang)總(zong)氮(dan)的(de)相(xiang)關(guan)系(xi)數達0.981， 總(zong)磷(lin)含(han)量的相(xiang)關(guan)系(xi)數達0.868，因此稱LIBS技術(shu)是(shi)土壤(rang)C、N、P分(fen)析(xi)的(de)“希望(wang)之(zhi)星(xing)”。

【Lightigo的 FireFly LIBS系(xi)統和(he)DragonFly LIBS系(xi)統的(de)二(er)極管激(ji)光器(qi)都具1064nm、532nm、266nm波(bo)長中(zhong)任2種可(ke)選(xuan)，並且可(ke)通(tong)過(guo)軟(ruan)件在兩種波(bo)長之(zhi)間(jian)自動切(qie)換(huan)，無(wu)須手動調試(shi)。DragonFly另可(ke)提供(gong)真空(kong)反(fan)應室(shi)（1-1300 mbar），在N元素(su)測量時(shi)隔(ge)絕(jue)空氣(qi)幹(gan)擾(rao)。】

北(bei)京(jing)易科(ke)泰生(sheng)態技術(shu)有限公(gong)司(si)致(zhi)力於“生(sheng)態、農(nong)業、健(jian)康”科(ke)學研(yan)究與監測/檢測技術(shu)方案(an)推(tui)廣(guang)、研(yan)發與應用(yong)服(fu)務(wu)。與歐(ou)洲工程(cheng)技術(shu)中(zhong)心(xin)（CEITEC）及Lightigo公(gong)司(si)合作(zuo)，提(ti)供(gong)包括FireFly、DragonFly等(deng)LIBS元(yuan)素(su)分(fen)析(xi)全(quan)面技術(shu)方案(an)；並與歐(ou)洲Specim合作(zuo)，提(ti)供(gong)高(gao)光譜成(cheng)像分(fen)析(xi)技術(shu)方案(an)。易(yi)科(ke)泰Ecolab生(sheng)態實(shi)驗(yan)室(shi)（北(bei)京(jing)）、西(xi)安光譜成(cheng)像與無(wu)人機(ji)遙感研究中(zhong)心(xin)擁有高(gao)光譜成(cheng)像、多光譜熒(ying)光成(cheng)像等(deng)光譜成(cheng)像實(shi)驗(yan)研究設備(bei)，可(ke)提供(gong)研究實驗(yan)合作(zuo)和(he)技術(shu)服務(wu)。