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技術(shù)方案
海水,、海洋生物與沉積物,,三位一體海洋化學(xué)元素測量方案
時間:2024-10-15    作者:易科泰 點擊量:

  激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)技術(shù)是利用脈沖激光在待測樣品表面激發(fā)產(chǎn)生等離子體,,通過等離子體發(fā)射的光譜波長和強度信息,,分別獲得待測元素的種類和含量信息?;贚IBS技術(shù)的FireFly快速元素分析與成像系統(tǒng)可對海水,、海洋沉積物、海洋生物進行全方位的元素分析,,揭示海洋元素地球化學(xué)循環(huán)與沉積環(huán)境,、生物地球化學(xué)過程的相互作用。

技術(shù)優(yōu)勢

低成本,、無前處理:樣品測量無需前處理,,固體樣品測量無耗材,元素測量成本低,。

高頻率,、全元素檢測:測量頻率高,可在短時間內(nèi)獲取大量數(shù)據(jù),,一次測量能夠獲取樣品的所有元素信息,,為全面了解海洋元素組成提供保障。

高分辨率 Mapping成像:可實現(xiàn)高分辨率的元素分布成像,,精確展示元素在樣品中的空間分布情況,,有助于深入研究海洋元素地球化學(xué)循環(huán)的微觀機制。

應(yīng)用案例

海水元素分析:海水重金屬檢測,,工業(yè)廢水排海后的海洋化學(xué)研究

左上圖:海水樣品固定于濾紙后的圖片,;左下圖:不同激光脈沖能量(3060,、90 mJ)下水溶液中Mn的校準曲線,;右圖:不同水溶液中錳的典型 LIBS 光譜:(aMnCl2 溶液中的錳,(bMn,、Cr,、CdCu 比例為 1:1:1:1 的混合溶液中的錳,,(c)海水中的錳,,(d)用 CzernyTurner 光譜儀檢測到的 MnCl2 溶液中的錳。

  錳(Mn)在工業(yè)廢水和海水中過量溶解會對水生環(huán)境有害,,確定其含量對污染監(jiān)測和海洋地球化學(xué)及生物過程研究非常重要,。傳統(tǒng)元素分析技術(shù)耗時且對樣品制備要求高,文章利用LIBS快速元素檢測技術(shù)對模擬工業(yè)廢水和海水的 Mn 溶液進行檢測,,結(jié)果表明該方法在復(fù)雜環(huán)境中具有快速檢測 Mn 和其他重金屬元素的潛力,。

  FireFly LIBS可對海水樣品進行快速、全元素測量,,獲取海水中各種元素的含量和分布信息,,為研究海洋元素地球化學(xué)循環(huán)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),。

海洋沉積物元素分析基于海洋沉積物的 LIBS 分析追蹤地質(zhì)時間尺度上的氣候變化

左圖:用(a) SBP圖像描述取心位置,以及沉積物巖心的(b)粒度,;右圖:01A,、0203A巖芯中MnFe,、Ca,、KSiSr的元素/鋁比(LIBS

  基于元素組成的海洋沉積物地球化學(xué)研究可用于追蹤地質(zhì)時間尺度上的氣候變化,,南極海洋沉積物的 LIBS 分析表明該技術(shù)可用于識別極地海洋沉積物的來源,,而本文則利用 LIBS 技術(shù)對北極海洋沉積物中的應(yīng)用可行性進行驗證。文章對比了3種技術(shù)的測量結(jié)果,,其中LIBS 數(shù)據(jù)與 ICP 數(shù)據(jù)更相符,,能為北極沉積物中的元素含量提供更準確的定量分析,ITRAX 和 LIBS 在元素平面分布上顯示出相似的模式,,但需要考慮沉積物粒度,。其中LIBS 數(shù)據(jù)中大多數(shù)元素 / Al 比值在上部有明顯變化,與沉積物來源有關(guān),;Mn/Al 和 Fe/Al 比值的升高與西伯利亞河流排放和海岸侵蝕有關(guān),;顏色變化與元素比值相關(guān),驗證了LIBS 技術(shù)在北極沉積物元素剖面的定性和定量分析方面的潛力,。

  利用FireFly LIBS可以用于分析海洋沉積物中元素的組成和分布,,了解元素在海洋沉積過程中的行為和變化,探討海洋元素地球化學(xué)循環(huán)與沉積環(huán)境的關(guān)系,。

海洋生物元素分析:通過貝殼Mg/Ca 濃度比值反映捕獲季節(jié)

左上圖:貝殼樣本取樣過程;左下圖:4個貝殼標(biāo)本的CF-LIBSLA-ICP-MS光譜,;右圖:4個標(biāo)本的CF-LIBSLA-ICP-MS線性回歸,。

  海洋軟體動物貝殼的化學(xué)成分可反映其過去所經(jīng)歷的環(huán)境條件,其中 Mg/Ca 濃度比值與海表溫度(SST)有顯著相關(guān)性,。文章利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜(LIBS)的高通量分析潛力,,對 Patella depressa 貝殼中的 Mg/Ca 濃度剖面進行了比較分析,其中CF - LIBS 方法成功應(yīng)用于四個樣本,,兩種方法都能正確反映捕獲季節(jié)(夏季末),,結(jié)果具有較高相關(guān)性(回歸系數(shù)為 0.63 - 0.81),平均相對誤差低于 10%,,證明 CF - LIBS 方法是確定 Patella depressa 貝殼中 Mg/Ca 摩爾濃度的可靠方法,,這對未來古氣候和考古研究具有重要意義。

  利用FireFly LIBS對海洋生物體內(nèi)的元素進行檢測,,可以研究元素在海洋生物體內(nèi)的積累,、代謝和生態(tài)效應(yīng),,揭示海洋元素地球化學(xué)循環(huán)與生物地球化學(xué)過程的相互作用。

FireFly應(yīng)用領(lǐng)域

  • 土壤分析:分析土壤樣本中的元素組成,,評估土壤肥力和污染情況,。
  • 地質(zhì)勘探:用于巖石和礦物的元素分析,輔助地質(zhì)勘探和礦物成分研究,。
  • 金屬材料檢測:分析金屬及其合金中的元素成分,,用于材料科學(xué)和質(zhì)量控制
  • 環(huán)境監(jiān)測:監(jiān)測環(huán)境樣本(如沉積物,、大氣顆粒物等)中的元素,,評估環(huán)境污染
  • 生物材料分析:測定生物樣本(如毛發(fā),、血液,、骨骼、腫瘤等)中的元素,,用于生物醫(yī)學(xué)研究,。
  • 植物分析:用于植物組織中元素含量的測定,幫助研究植物營養(yǎng)狀況和元素吸收分布及植物在重金屬脅迫

下的反應(yīng)和耐受性,。

  1. Xiu J, Zhong S, Hou H, et al. Quantitative determination of manganese in aqueous solutions and seawater by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) using paper substrates[J]. Applied spectroscopy, 2014, 68(9): 1039-1045.
  2. Han D, Joe Y J, Ryu J S, et al. Application of laser-induced breakdown spectroscopy to Arctic sediments in the Chukchi Sea[J]. Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2018, 146: 84-92.
  3. Martínez-Minchero M, Cobo A, Méndez-Vicente A, et al. Comparison of Mg/Ca concentration series from Patella depressa limpet shells using CF-LIBS and LA-ICP-MS[J]. Talanta, 2023, 251: 123757.

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