LIBS技术用于研究玉米籽粒茎叶及根系土中重金属元素的特征

 

img1随着农业生产的发展,由重金属带来的土壤和农作物污染问题日益严重。重金属在农作物中的含量过高势必影响人类的身体健康。玉米是我国平原地区重要的粮食作物。查明玉米籽粒、茎叶、根系及其生存环境土壤中重金属的含量分布特征具有重要的意义。本文以太原盆地为例,研究玉米重金属的含量分布特征。

 

常用重金属测量方法很多,例如原子吸收光谱法AAS,电感耦合等离子体质谱法ICP-MS等。这些传统方法虽然结果较为理想,但是需要长时间和复杂的前处理过程,样品也不能重复使用,污染较大,有腐蚀,对操作人员要求也很高。因此急需一种快速,微损,无污染,可以实时检测元素的方法。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是一种新兴的元素检测和分析技术。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。

 

样品为来自太原盆地的100件玉米。针对玉米样品进行了20-100mJ不同激光能量的测试,在100mJ下所得到的结果的信噪比最佳。因此选用100mJ为激光的实验参数。通过对延迟时间的调整可以得到更强的信号,通过测试原子谱线及离子谱线在检测时间靠前的时候信号最好,我们选择0.5μs作为我们实验的参数。激光光斑选择为100μm左下图为铅(Pb)元素的特征光谱谱线,可以看出,Pb元素的元素信息明显右下图为Pb元素的定标曲线,选择的是6个标样,拟合的相关系数可达0.976,拟合结果较理想。此方法可以同理测量AsCdHg其他重金属元素

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通过实验得到如下结论首先看玉米籽粒中重金属元素的含量特征所有样品中,只有来自晋源的样品超过绿色食品标准,一件是无害食品,一件是有害食品,其余均符合绿色食品标准。玉米籽粒中Cd含量最大值出现在晋中地区。平遥地区部分玉米籽粒Hg含量超过绿色食品标准,但仍属于无公害食品。

 

玉米植株的生长过程中会吸收部分重金属元素,这些重金属元素在根、茎、叶、籽粒中含量及分布特征不尽相同。几重金属元素的分布特征如下。在玉米中重金属元素的含量总体上根茎叶含量>籽实含量。在晋中和平遥地区Pb的含量>>>玉米中Cd的含量根>>>籽。研究了玉米重金属的主要分布特征,发现其重金属元素主要分布在叶和茎中,说明玉米中相当一部分重金属元素可能来自大气干湿沉降。 

 

根系土是玉米根系周围的土壤,采集了样品周围的根系土进行分析。晋源、晋中等地各有一个土壤样品As元素超过二级土壤标准。其他样地达到一级土壤标准。Hg的含量均低于土壤二级标准。所有土壤样品的Pb含量均低于三级土壤标准。总体来看,土壤中95%属于一级土壤标准,仅有5%属于二级土壤标准。

 

实验装置我们可以采用EcoChem 激光光谱元素分析系统,该系统采用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。

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LIBS技术用于研究玉米籽粒茎叶及根系土中重金属元素的特征

2022-12-12 11:42

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