激光诱导击穿光谱

1.2.5　激光诱导击穿光谱

近年来有越来越多的含有重金属元素的化肥和环境污染物作用于农业耕作中，因此导致了一些有害金属元素（如铅、镉、铜、汞、铬等）进入水果、蔬菜等农产品中。这些金属元素随食物进入人体后，会转变成具有高毒性的化合物，而且多数金属具有蓄积性，半衰期较长，能产生急性和慢性毒性反应，还有可能致畸、致癌和致突变。例如，汞一旦以有机汞或甲基汞的形态进入人体后，马上与人体内的酶发生反应，分解酶并使之失去活性，还可以侵入大脑及胎盘的供血组织，不仅伤害大脑，还可以传给胎儿。镉在人体内积累的时间长了之后，会引起高血压，导致心血管系统疾病。如日本发现的“骨痛病”就是由于镉积累过多而造成的，这种病还会引起肾脏功能失调。

国内外用于食品（包括水果等农产品）中金属元素的检测方法有化学法、生物法、物理法（杨玉霞，2009；关海宁，2006）。化学法有双硫腙比色法、高效液相色谱法、毛细管电泳分析法、离子色谱法。生物法主要是酶法，指的是添加对金属离子敏感的酶到待测样品中，通过传感器将酶的变构现象显示出来，从而定性、定量地检测出样品中金属离子的含量。物理法有原子吸收光光度法、原子发射光谱法、原子荧光光谱法、X射线荧光光谱法。

当前在航天探测、燃烧、冶金、矿业、水污染、土壤污染、空气污染和其他环境监测等行业的重金属元素检测中，一种具有无损、快速、绿色、大批量、在线等诸多优点的检测方法——激光诱导击穿光谱（也可称为激光诱导等离子体光谱）检测法正引起人们的注意，其检测限能达到ppm级，甚至达到ppt级。

激光诱导击穿光谱（laser induced breakdown spectroscopy，LIBS）或称激光诱导等离子体光谱（laser induced plasma spectroscopy，LIPS）技术作为一种新兴无损分析技术，能够实现对所测对象中多种痕量金属元素进行同时测量。LIBS的基本原理是用一束高能短脉冲激光聚焦到被测样品上，产生等离子体，然后基于物质等离子体发光来探测物质成分。

基于LIBS的优秀特性，近几年来在生物医学检测领域也得到重视。Sun等（2000）将LIBS方法用于测量人体皮肤中Zn的含量，为了不破坏人体皮肤，所用激光器为YAG激光器，能量为60mJ/pulse。Michela等（2003）用LIBS方法分析头发组织中的矿物元素。Kumar等（2006）用LIBS方法分析和检测恶性组织。法国研究者Matthieu、Vincent、Jin Yu等（Matthieu，2006；Vincent，2008）采用LIBS方法对生物样品的金属元素和细菌的检测识别进行了很好的研究。此外，巴西研究者Lilian等于2008年发表文献报道了采用LIBS方法研究蔬菜中营养金属元素的检测技术。中国科学院物理研究所与法国的研究人员合作研究了槐树叶的痕量金属元素（Mg、Fe、Na、Ca、Cu）检测；中国科学院近代物理研究所（兰州）张大成等（2008）采用LIBS方法进行了三种水果切片样品（草莓、猕猴桃、苹果）的痕量金属元素（Ca、Na、K、Fe、Al、Mg）检测，该实验工作采用的是1 064nm的Nd：YAG纳秒激光器，用四通道光纤光谱仪测量得到了清晰的LIBS光谱，并分析了Ca、Na、K、Fe、Al、Mg等6种元素的特征光谱。