植物农药残留与重金属元素检测

       种植农作物使用农药，可以初步预防病虫害对蔬菜生长的影响，保证农作物健康生长，但农作物中会残留很多农药或重金属等有毒成分，因此检测农作物中的农药残留和重金属元素，可以及时发现有害物质超标的农作物，指导农民安全用药。

       FireFly是一款基于LIBS（激光诱导击穿光谱）技术的快速多元素分析与化学成像设备。适用于所有固体和液体样品，待测物无需前处理，测量近乎无损伤，一次测量可获取样品所有元素信息。将其用于植物组织中元素含量的测定，可以协助研究植物营养状况和元素吸收分布及植物在重金属胁迫下的反应和耐受性。

· LIBS技术检测干果营养元素和重金属污染：

图1. 左上：杏仁、开心果、黑胡桃、白胡桃和腰果等干果；左下：5种干果的K、Mg等营养元素和Cu、Cr、Pb等重金属元素含量差异；右图：干果中不同元素的LIBS测量光谱

       研究人员利用LIBS技术检测了市场上杏仁、开心果、黑胡桃、白胡桃和腰果等5种干果的元素组成，在干果样品中检测到了钾、镁、钙、铁、锌、钠等营养元素以及铅、铬、铜等有毒元素，不同干果样品中这些元素的含量存在差异。

· LIBS技术检测果蔬农药残留和重金属污染：

图2. 左图：苹果和韭菜中 P 的光谱。蓝色线是含有毒死蜱的样品的 LIBS 光谱。红色线是含有毒死蜱和 80 nm 银粒子的样品的 LIBS 光谱。粉色线是不含任何物质的干净样品的 LIBS 光谱。黑色线是含有 80 nm 银粒子的样品的 LIBS 光谱。右图：生菜茎叶对镉的LIBS映射图。

       使用 LIBS 技术测定果蔬表面的毒死蜱和 Cd 残留，通过测量 P 和 Cl 元素间接测量毒死蜱；研究生菜叶片中 Cd 的分布，发现 Cd 在生菜叶片中分布不均匀，在叶脉中的浓度高于叶肉，主脉中的浓度高于侧脉，在脉交叉处有相对较强地Cd积累。

· LIBS结合高光谱技术检测果蔬农药残留：

图3. 左图：桑葚农药残留和无残留的LIBS光谱数据；右图：桑葚农药残留和无残留的高光谱数据；

图4. 图中（a）和（b）分别表示使用 LIBS 数据在进行预处理前和预处理后的 PCA 图，（c）和（d）表示 LIBS 数据与 HSI 数据 III（LIBS - HSI 数据）结合在预处理前和预处理后的 PCA 图。

       桑椹富含营养和生物活性物质，但易受病虫害影响，导致农药残留超标，对人体健康有害，因此建立快速有效的检测方法至关重要。传统的农药残留检测方法如 GC、GC - MS、HPLC 等复杂、耗时、成本高且可能导致样品污染，而 LIBS 和 HSI 技术为快速检测提供了新途径。文章通过结合桑葚测量获取的 LIBS 和 HSI 数据，得到了比单独使用LIBS数据更准确的农药残留检测结果。

· FireFly LIBS白芥镉金属污染检测及成像：

图5：左图为大 麻幼苗在5μ/20μmol∙dm−3的CdCl2∙2.5H2O溶液中生长的样品的照片和相应的LIBS Cd元素分布图；右图为白芥暴露于含镉化合物后样品的照片和相应的LIBS Cd元素分布图。

       如图为Lightigo激光光谱实验室对植物进行镉毒性检测，FireFly可以清晰获取镉元素在大 麻和白芥幼苗中的相对含量分布图，可以了解Cd污染物进入植物体内后的运输路线和富集器官。

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1. Rehan I, Gondal M A, Almessiere M A, et al. Nutritional and toxic elemental analysis of dry fruits using laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES)[J]. Saudi Journal of Biological Sciences, 2021, 28(1): 408-416.

2. Zhao X, Zhao C, Du X, et al. Detecting and mapping harmful chemicals in fruit and vegetables using nanoparticle-enhanced laser-induced breakdown spectroscopy[J]. Scientific Reports, 2019, 9(1): 906

3. Wu D, Meng L, Yang L, et al. Feasibility of laser-induced breakdown spectroscopy and hyperspectral imaging for rapid detection of thiophanate-methyl residue on mulberry fruit[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20(8): 2017.

4. Pavlína Modlitbov, Pavel Porízka, Jozef Kaiser et al., A Detail investigation of toxicity, bioaccum ulation, and translocatio n of Cd-base d quantum dots and Cd salt in white mustard. [J] Chemosphere., 251 (2020) 126174

FireFly其他应用领域：

土壤分析：分析土壤样本中的元素组成，评估土壤肥力和污染情况。

地质勘探：用于岩石和矿物的元素分析，辅助地质勘探和矿物成分研究。

金属材料检测：分析金属及其合金中的元素成分，用于材料科学和质量控制。

环境监测：监测环境样本（如沉积物、大气颗粒物等）中的元素，评估环境污染。

生物材料分析：测定生物样本（如毛发、血液、骨骼、肿瘤等）中的元素，用于生物医学研究。