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海水、海洋生物與沉積物，三位一體海洋化學元素測量方案
發布時間： 2024-10-15 點擊次數： 1490次
激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術是利用脈沖激光在待測樣品表面激發產生等離子體，通過等離子體發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。基于LIBS技術的FireFly快速元素分析與成像系統可對海水、海洋沉積物、海洋生物進行元素分析，揭示海洋元素地球化學循環與沉積環境、生物地球化學過程的相互作用。
技術優勢
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，可在短時間內獲取大量數據，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循環的微觀機制。
應用案例
海水元素分析：海水重金屬檢測，工業廢水排海后的海洋化學研究
錳（Mn）在工業廢水和海水中過量溶解會對水生環境有害，確定其含量對污染監測和海洋地球化學及生物過程研究非常重要。傳統元素分析技術耗時且對樣品制備要求高，文章利用LIBS快速元素檢測技術對模擬工業廢水和海水的 Mn 溶液進行檢測，結果表明該方法在復雜環境中具有快速檢測 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循環提供基礎數據。
海洋沉積物元素分析：基于海洋沉積物的 LIBS 分析追蹤地質時間尺度上的氣候變化
基于元素組成的海洋沉積物地球化學研究可用于追蹤地質時間尺度上的氣候變化，南極海洋沉積物的 LIBS 分析表明該技術可用于識別極地海洋沉積物的來源，而本文則利用 LIBS 技術對北極海洋沉積物中的應用可行性進行驗證。文章對比了3種技術的測量結果，其中LIBS 數據與 ICP 數據更相符，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 數據中大多數元素 / Al 比值在上部有明顯變化，與沉積物來源有關；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；顏色變化與元素比值相關，驗證了LIBS 技術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循環與沉積環境的關系。
海洋生物元素分析：通過貝殼Mg/Ca 濃度比值反映捕獲季節
海洋軟體動物貝殼的化學成分可反映其過去所經歷的環境條件，其中 Mg/Ca 濃度比值與海表溫度（SST）有顯著相關性。文章利用激光誘導擊穿光譜（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 方法成功應用于四個樣本，兩種方法都能正確反映捕獲季節（夏季末），結果具有較高相關性（回歸系數為 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對海洋生物體內的元素進行檢測，可以研究元素在海洋生物體內的積累、代謝和生態效應，揭示海洋元素地球化學循環與生物地球化學過程的相互作用。
FireFly應用領域
l 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。
l 地質勘探：用于巖石和礦物的元素分析，輔助地質勘探和礦物成分研究。
l 金屬材料檢測：分析金屬及其合金中的元素成分，用于材料科學和質量控制。
l 環境監測：監測環境樣本（如沉積物、大氣顆粒物等）中的元素，評估環境污染。
l 生物材料分析：測定生物樣本（如毛發、血液、骨骼、腫瘤等）中的元素，用于生物醫學研究。
l 植物分析：用于植物組織中元素含量的測定，幫助研究植物營養狀況和元素吸收分布及植物在重金屬脅迫
下的反應和耐受性。
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.