LIBS技术测量黄连中重金属铜元素

黄连是一种清热解毒的传统中药，有泻火解毒之功效，其味入口极苦。主治泻痢，黄疸，高热神昏，心火亢盛，目赤，牙痛等等。黄连中也会含量一定的重金属元素。中药的重金属污染主要有以下几方面。中药生长环境中土壤、水、大气的重金属污染，中药在生长过程中主动吸收重金属和对重金属的富集特性，中药加工炮制过程中使用的原料所含重金属等。另外，中药重金属污染也是限制中药出口的重要因素之一。其中铜元素是中药重金属污染检测的一个重要指标，其限制含量为小于20mg/kg。

近年来激光诱导击穿光谱（LIBS）技术作为一种新兴的元素检测和分析技术已经广泛的应用于生态样品测量、种质资源鉴定、珠宝、地质及工业等诸多领域。当激光作用于样品表面时，在极短的时间内诱导产生含有样品物质信息的等离子体。通过对等离子体发出的光谱进行收集分析，建立光谱与元素一一对应的关系。由此可以检测出元素周期表中的大部分元素，检测限可达ppm级。通过标准物质定标后可以进一步得到元素的含量信息。

本实验重点研究黄连中铜元素的光谱特性、实验参数以及计算方法等，初步建立中药材中重金属元素的检测方法。取黄连样品，样品经过粉碎机打碎成粉末，过筛。通过等离子体质谱仪测量Cu元素的含量为0.282mg/kg，其含量远低于限量标准20mg/kg。加入0.02%的硝酸铜并研磨均匀，以增加标记元素含量便于检测。同时测量Ca元素含量为8.701mg/kg，作为内标定标元素。最后将粉末压片，压力15吨，保压时间5分钟。

通过查询ElementLIBS元素识别数据库，我们选取324.754nm作为分析点，该处是Cu元素的最强特征谱线。实验时为了得到更好的信号，我们采用0.5μs为延迟时间。也验证了此时强度为最高值，同时信噪比SNR也为最高，见左下图。能量选取100mJ，光斑100μm，10次脉冲的信号累加。最后制作了定标曲线，经PLS最小二乘法模型优化后得到线性拟合度相关系数达到了0.986。最后计算的实际预测结果相对偏差<2%，见由右下图。

延迟时间与信噪比          不同延迟时间对应的强度           定标曲线

通过本实验，我们确定了Cu元素的光谱特征谱线位置，延迟时间以及标准曲线的建立。最后也进行了计算结果的验证，计算偏差好于预期。说明该方法具有较好的计算精度，可以用于黄连等中药材重金属元素的检测中，内标法在定量计算中有着提高计算精度的作用。

实验装置推荐采用EcoChem 激光光谱元素分析系统，该系统采用激光诱导击穿光谱（LIBS）技术。激光能量200mJ@1064nm，能量输出0-100%可调；重现率20Hz；光斑大小20-200μm连续可调；检测器谱宽190-1040nm；三维全自动工作台；样品室可通入氦气或氩气。

EcoChem 激光光谱元素分析系统

激光诱导击穿光谱技术作为一种新兴的、快速的、微损的微区化学分析技术，有着传统仪器所不具备的更多功能。随着这一技术的发展，我们可以通过此法更好的解中药材的药理特性及改善药材的品质等。它也必将在中药材元素检测和分析领域发挥越来越重要的作用。