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EcoChem激光光譜元素分析系統(tǒng)

技術(shù)背景：

當(dāng)激光作用于樣品表面時(shí)，在極短時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)的等離子體，等離子體產(chǎn)生的過(guò)程中，發(fā)射出帶有樣品元素信息的發(fā)射光譜，通過(guò)檢測(cè)這些發(fā)射光譜，得到樣品的元素信息。這種技術(shù)被稱為激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)LIBS（Laser Induced Breakdown Spectroscopy），俗稱激光光譜元素分析技術(shù)，檢測(cè)限可達(dá)ppm級(jí)。測(cè)量的元素可覆蓋元素周期表中的大部分元素，高達(dá)100多種。

系統(tǒng)功能：

快速檢測(cè)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(cè)化學(xué)周期表上大部分元素

其他：有機(jī)元素C、H、O和輕元素

Li、Be、Na等（其他技術(shù)很難同時(shí)分析）

應(yīng)用領(lǐng)域：

土壤、植物樣品檢測(cè)

中藥元素分析

刑偵微量物證分析

農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)

地質(zhì)礦物分析

煤粉組分檢測(cè)

重金屬污染檢測(cè)

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(tǒng)的固體激光器產(chǎn)生激光作用于樣品表面。當(dāng)激光能量大于樣品擊穿門檻能量時(shí)，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(fā)到達(dá)高能態(tài)的樣品物質(zhì)在迅速回遷至低能態(tài)的過(guò)程中，發(fā)射出帶有樣品元素種類、含量信息的發(fā)射光譜，這些發(fā)射光譜信號(hào)被智能信號(hào)收集系統(tǒng)收集并傳輸至光譜儀中進(jìn)行分光，再由CCD檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，得到元素信息。

系統(tǒng)特點(diǎn)：

●系統(tǒng)的硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，易于更新。激光器和光譜儀（檢測(cè)器）可根據(jù)樣品的種類及用戶的研究目的進(jìn)行升級(jí)，兩者均不受外界環(huán)境溫度影響，無(wú)需進(jìn)行特殊的環(huán)境控制，使用壽命長(zhǎng)。

●激光能量和激光光斑大小連續(xù)可調(diào)，激光脈沖能量穩(wěn)定一致，可實(shí)現(xiàn)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(tǒng)剝蝕導(dǎo)航激光和樣品高度自動(dòng)調(diào)整傳感器相結(jié)合，解決了樣品表面凹凸不平導(dǎo)致剝蝕不均勻的問(wèn)題；激光能量穩(wěn)定確保到達(dá)樣品表面的激光能量穩(wěn)定一致

●系統(tǒng)配備3-D全自動(dòng)操作臺(tái)

●系統(tǒng)操作軟件全中文界面，操作簡(jiǎn)單易用

●系統(tǒng)軟件能實(shí)現(xiàn)對(duì)所有硬件組件的控制，能提供多種采樣模式，包括直線、隨機(jī)點(diǎn)、網(wǎng)格任意大小和自定義采樣等，通過(guò)設(shè)置參數(shù)，可在無(wú)人值守的條件下自動(dòng)進(jìn)行大面積采樣。

●系統(tǒng)內(nèi)置中國(guó)常見(jiàn)土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品庫(kù)及標(biāo)準(zhǔn)曲線，常見(jiàn)植物樣品庫(kù)及標(biāo)準(zhǔn)曲線

●系統(tǒng)內(nèi)置的數(shù)據(jù)分析軟件功能強(qiáng)大、分析速度快。能任意選取譜線及背景，自動(dòng)計(jì)算譜線的凈強(qiáng)度；計(jì)算兩個(gè)波峰之比；自動(dòng)計(jì)算所有波峰的標(biāo)準(zhǔn)偏差；同步分析所有文件夾及目錄下的測(cè)量數(shù)據(jù)。多次采樣時(shí)，軟件自動(dòng)統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)LIBS的強(qiáng)度 ，監(jiān)控信號(hào)質(zhì)量，獲得精確的定性和定量分析結(jié)果。

●系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析軟件內(nèi)置PLS-DA、PCR等多參數(shù)線性回歸化學(xué)統(tǒng)計(jì)分析功能，用于多元變量定量計(jì)算。多元變量標(biāo)準(zhǔn)曲線特別適合于分析基質(zhì)較為復(fù)雜的樣品，例如土壤、植物樣品等，以減少基質(zhì)中其它元素對(duì)目標(biāo)元素的影響，提高分析準(zhǔn)確性。

系統(tǒng)內(nèi)置的多元變量定量計(jì)算模型

●系統(tǒng)還具備多種數(shù)據(jù)計(jì)算模型。如PCA、HCA等化學(xué)統(tǒng)計(jì)分析功能?？蓪?duì)樣品進(jìn)行快速分類鑒別，并可通過(guò)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(yīng)用案例：

元素識(shí)別及定性分析

系統(tǒng)可以輕松實(shí)現(xiàn)元素的識(shí)別并標(biāo)記，內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)方便元素的查找。

元素定量計(jì)算

系統(tǒng)可以很好的針對(duì)土壤和植物中的各種金屬和非金屬元素進(jìn)行定量測(cè)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(huán)。但是這一元素進(jìn)入植物體后會(huì)在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)化成為各種含氮的有機(jī)物。氮元素可以說(shuō)是有機(jī)物的代表。隨著科技的發(fā)展和人們的日益增長(zhǎng)的物質(zhì)需求，人類對(duì)氮元素的循環(huán)影響也越來(lái)越明顯。隨著以氮元素為主的化肥的使用，對(duì)農(nóng)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(guān)產(chǎn)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(nóng)作物就會(huì)長(zhǎng)期處于碳饑渴的病態(tài)。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(huì)進(jìn)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(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的利用率，形成良性循環(huán)。由此可見(jiàn)，碳元素，磷元素是植物生長(zhǎng)過(guò)程中必須的營(yíng)養(yǎng)元素。更好的研究和測(cè)量它們的含量，以及測(cè)量手段的有效性就至關(guān)重要了。

金屬元素的測(cè)量

碳元素的測(cè)量

磷元素的測(cè)量

氮元素的測(cè)量

定量計(jì)算的結(jié)果

元素分布：

元素的分布及含量多少對(duì)植物的生長(zhǎng)具有重要意義。由于一些元素的缺乏，植物生長(zhǎng)會(huì)受阻，會(huì)產(chǎn)生病癥，不能完成其生活史。所以元素對(duì)于植物的生長(zhǎng)有著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，植物也會(huì)受到周圍環(huán)境和土壤里元素變化的影響。

植物進(jìn)行正常生命活動(dòng)必需的礦質(zhì)元素有氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫、鐵、銅、硼、鋅、錳、鉬、氯等。植物體內(nèi)這些礦質(zhì)元素都是可移動(dòng)的。例如，鎂元素是葉綠素的重要成分，缺少鎂元素時(shí)，葉綠素和B類胡蘿卜素含量下降，葉片退綠，對(duì)CO2同化能力下降，光合能力下降。鐵元素也是植物體內(nèi)必需的元素。它是植物體內(nèi)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(huì)導(dǎo)致葉片失綠。

這些元素的移動(dòng)規(guī)律，含量多少，分布情況和植物體的生長(zhǎng)有著密切的關(guān)系。植物體對(duì)外界元素吸收和運(yùn)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(zhuǎn)化規(guī)律。

上圖反映了植物葉片表層對(duì)金屬和非金屬元素吸收的分布及遷移情況

物質(zhì)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(xù)細(xì)分，還可以進(jìn)一步細(xì)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(lái)進(jìn)行物質(zhì)鑒別及分類溯源。

進(jìn)一步細(xì)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(nèi)蒙北芪和四川紫丹等中藥材參進(jìn)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(gè)樣本有25個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。通過(guò)主成分分析，能夠正確識(shí)別所有七個(gè)樣本。