種植農(nóng)作物使用農(nóng)藥,,可以初步預(yù)防病蟲害對蔬菜生長的影響,,保證農(nóng)作物健康生長,,但農(nóng)作物中會殘留很多農(nóng)藥或重金屬等有毒成分,,因此檢測農(nóng)作物中的農(nóng)藥殘留和重金屬元素,,可以及時發(fā)現(xiàn)有害物質(zhì)超標的農(nóng)作物,,指導(dǎo)農(nóng)民安全用藥,。
FireFly是一款基于LIBS(激光誘導(dǎo)擊穿光譜)技術(shù)的快速多元素分析與化學(xué)成像設(shè)備,。適用于所有固體和液體樣品,,待測物無需前處理,測量近乎無損傷,,一次測量可獲取樣品所有元素信息,。將其用于植物組織中元素含量的測定,,可以協(xié)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。
圖1. 左上:杏仁,、開心果,、黑胡桃、白胡桃和腰果等干果,;左下:5種干果的K,、Mg等營養(yǎng)元素和Cu、Cr,、Pb等重金屬元素含量差異,;右圖:干果中不同元素的LIBS測量光譜
研究人員利用LIBS技術(shù)檢測了市場上杏仁、開心果,、黑胡桃,、白胡桃和腰果等5種干果的元素組成,在干果樣品中檢測到了鉀,、鎂,、鈣、鐵,、鋅,、鈉等營養(yǎng)元素以及鉛、鉻,、銅等有毒元素,,不同干果樣品中這些元素的含量存在差異。
圖2. 左圖:蘋果和韭菜中 P 的光譜,。藍色線是含有毒死蜱的樣品的 LIBS 光譜,。紅色線是含有毒死蜱和 80 nm 銀粒子的樣品的 LIBS 光譜。粉色線是不含任何物質(zhì)的干凈樣品的 LIBS 光譜,。黑色線是含有 80 nm 銀粒子的樣品的 LIBS 光譜,。右圖:生菜莖葉對鎘的LIBS映射圖。
使用 LIBS 技術(shù)測定果蔬表面的毒死蜱和 Cd 殘留,,通過測量 P 和 Cl 元素間接測量毒死蜱,;研究生菜葉片中 Cd 的分布,發(fā)現(xiàn) Cd 在生菜葉片中分布不均勻,,在葉脈中的濃度高于葉肉,主脈中的濃度高于側(cè)脈,,在脈交叉處有相對較強地Cd積累,。
圖3. 左圖:桑葚農(nóng)藥殘留和無殘留的LIBS光譜數(shù)據(jù);右圖:桑葚農(nóng)藥殘留和無殘留的高光譜數(shù)據(jù),;
圖4. 圖中(a)和(b)分別表示使用 LIBS 數(shù)據(jù)在進行預(yù)處理前和預(yù)處理后的 PCA 圖,,(c)和(d)表示 LIBS 數(shù)據(jù)與 HSI 數(shù)據(jù) III(LIBS - HSI 數(shù)據(jù))結(jié)合在預(yù)處理前和預(yù)處理后的 PCA 圖。
桑椹富含營養(yǎng)和生物活性物質(zhì),但易受病蟲害影響,,導(dǎo)致農(nóng)藥殘留超標,,對人體健康有害,因此建立快速有效的檢測方法至關(guān)重要,。傳統(tǒng)的農(nóng)藥殘留檢測方法如 GC,、GC - MS、HPLC 等復(fù)雜,、耗時,、成本高且可能導(dǎo)致樣品污染,而 LIBS 和 HSI 技術(shù)為快速檢測提供了新途徑,。文章通過結(jié)合桑葚測量獲取的 LIBS 和 HSI 數(shù)據(jù),,得到了比單獨使用LIBS數(shù)據(jù)更準確的農(nóng)藥殘留檢測結(jié)果。
圖5:左圖為大麻幼苗在5μ/20μmol?dm−3的CdCl2?2.5H2O溶液中生長的樣品的照片和相應(yīng)的LIBS Cd元素分布圖,;右圖為白芥暴露于含鎘化合物后樣品的照片和相應(yīng)的LIBS Cd元素分布圖,。
如圖為Lightigo激光光譜實驗室對植物進行鎘毒性檢測,F(xiàn)ireFly可以清晰獲取鎘元素在大麻和白芥幼苗中的相對含量分布圖,,可以了解Cd污染物進入植物體內(nèi)后的運輸路線和富集器官,。
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FireFly其他應(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,。
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