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北京易科泰生態技術有限公...

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易科泰LIBS元素分析平臺技術方案

閱讀:2107      發布時間:2020-10-19
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易科泰生態技術公司Ecolab®實驗室,與布爾諾科技大學和CEITEC激光光譜與化學分析實驗室及其成果轉化LightiGo合作,可以為您客戶定制適配于您的專屬LIBS元素分析平臺!

左圖:易科泰Ecolab®實驗室與CEITEC激光光譜與化學分析實驗室一起探討客戶應用需求;右圖:FireFly LIBS元素分析平臺


左圖:CEITEC激光光譜與化學分析實驗室研發團隊;右圖:研發團隊設計研發的野外移動式遙感LIBS元素分析系統,可對20m遠的樣品原位無損傷元素分析

1. 土壤主要/微量營養元素和有害元素檢測

土壤的主要營養元素N、P、K、Si、Ca、Mg、S和微量元素Fe、Cu、Mn、Zn、B、Mo、Ni等,對植物生長和生理活動至關重要。當代的人為污染元素比如Cu、Pb、Cd、Cr等以不同的形式進入土壤、水及生態系統,從而由植物進入食物鏈,并在人體富集、威脅人類健康。因此,對于土壤大量元素、微量元素、有害重金屬元素的檢測對于地球科學、生態環境、農業、公共健康都至關重要。

但是土壤的構成、理化性質極其復雜,分布差異和動態變化大,因此對于土壤元素情況的評估通常需要大量測量數據,因此傳統方法的繁瑣耗時是亟待解決的問題。LIBS元素測量技術由于無須樣品預處理、一次測量即可得到元素周期表中的所有信息,所以非常簡單快速,對于上述元素的測量可重復性高,檢測極限低,是傳統方法的*替代技術,并且可對動植物的元素富集進行跟蹤快速測量,被稱為土壤元素測量的“未來之星”。

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冶金廠附近Cu,、Cr/Si、Pb分布鳥瞰圖,數據由LIBS技術測得(Gu et al., 2018)

2020年7月1日,LIBS*標準(GB/T-38257-2019)正式實施。7月23日12時41分,我國的天問一號火星探測器*進入預定軌道,開啟了中國火星探測之旅,邁出我國行星探測的*步。其中將完成火星土壤元素測量的任務的,便是火星車所搭載的LIBS元素測量系統。

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2. 土壤C的測量

土壤C是土壤有機質的基礎元素,在很大程度上決定了土壤的理化特性,與土壤蓄水能力、肥力直接相關;并且土壤C是影響大氣中CO2濃度、生態環境中C循環的直接因素。但是土壤C的動態變化的不確定性和分布的異質性,以及缺少有效的評估手段(測量土壤C總量的傳統方法比如干燒法,樣品制備繁復,測量非常耗時)等因素,使其評估一直是個難題。所以人們一直在尋找更快速、更具成本效益、更準確和靈敏的土壤C總量測量方法。

LIBS技術無須樣品制備、幾秒即可測得結果,能夠輕松獲得成千上萬個數據,是土壤C異質分布測量的強有力的工具;能夠減少無數不確定因素,從而對C庫及其變化進行更可靠的量化評估。

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技術對于土壤C總量測量有個問題:248nm處的C譜線受到Fe譜線的干擾。為克服這個問題,(Ebinger et al., 2003)等人使用193nm處的C譜線,信號靈敏、Fe元素譜線干擾、并具有*的可重復性。因此認為 LIBS技術是非常有力的土壤C總量測量方法。

Lightigo的DragonFly LIBS系統具有土壤總C測量所須的真空反應室和紫外測量模塊。請聯系北京易科泰生態技術有限公司,討論您的系統方案。

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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)(美國橡樹嶺*實驗室)的研究中,使用高分辨率光譜儀和可觸發的iCCD有效區分248 nm 處的Fe譜線和C譜線,并使用快速、多次測量的方法提升結果的穩定性。

Lightigo的FireFly LIBS系統和DragonFly LIBS系統都可配置高分辨率光譜儀、iCCD檢測器,具備時序控制功能,并具有快速測量、數據自動處理功能。請聯系北京易科泰生態技術有限公司討論您的系統方案。

用酸沖洗土壤去除無機C,LIBS測量的則為有機C。非酸沖洗的土壤,測量結果為總C。

測量數據與傳統的干燒法比較,結果相近。

3. 土壤N和P的測量(來源同上)

(Martin et al., 2003, 美國橡樹嶺*實驗室)應用LIBS技術在定量測量土壤C的同時,得到土壤總N(幾乎全部是有機N)的定量測量結果。由于N2占空氣的78%,實驗必須小心保證測量數據的譜線中土壤N譜線與空氣中的N無關。因此使用266nm波長、能量為23mj的激光脈沖聚焦在土壤樣品表面進行燒蝕,使等離子體幾乎不存在于空氣中。

Martin認為,LIBS方法操作更簡單、分析速度更快、無須預處理,是土壤C和N測量技術的*選項。中科院智能機械研究所的(Lu et al., 2013)應用LIBS技術測量土壤總氮的相關系數達0.981, 總磷含量的相關系數達0.868,因此稱LIBS技術是土壤C、N、P分析的“希望之星”。

【Lightigo的 FireFly LIBS系統和DragonFly LIBS系統的二極管激光器都具1064nm、532nm、266nm波長中任2種可選,并且可通過軟件在兩種波長之間自動切換,無須手動調試。DragonFly另可提供真空反應室(1-1300 mbar),在N元素測量時隔絕空氣干擾。】

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北京易科泰生態技術有限公司致力于“生態、農業、健康”科學研究與監測/檢測技術方案推廣、研發與應用服務。與歐洲工程技術中心(CEITEC)及Lightigo公司合作,提供包括FireFly、DragonFly等LIBS元素分析全面技術方案;并與歐洲Specim合作,提供高光譜成像分析技術方案。易科泰Ecolab生態實驗室(北京)、西安光譜成像與無人機遙感研究中心擁有高光譜成像、多光譜熒光成像等光譜成像實驗研究設備,可提供研究實驗合作和技術服務。

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