激光诱导击穿光谱对水系沉积物的分类及铬元素测定的研究

激光诱导击穿光谱（LIBS）是光谱分析领域的一种崭新分析手段，其原理是通过高能量激光在分析样品的表面产生高强度的等离子体，样品激发所产生的光通过光谱检测系统进行分析。因此LIBS 技术具有便捷、无需预处理、可同时分析多种元素等特点。
随着工业化的继续推进，水系沉积物中的重金属成为了影响环境质量的重要影响因素。水体中重金属可与沉积物结合，沉积物在环境条件发生改变后，会迁移或释放其中的重金属。因此，通过对水系沉积物中的重金属污染物进行检测和分析，既是反演和追溯该区域金属污染历史的主要根据，更是查明水系环境重金属污染状况的关键。随着经济的发展，越来越多含有重金属的污染物排放至河流，对生态环境造成了严重的危害。目前，我国已列入环境优先污染物黑名单的重金属有Cd 、As、Be、Cr、Cu、Pb、Hg、Ni 和Ti[10]。其中铬对人体健康的危害尤为引起了人们的重视。铬金属的污染主要来自于化工、耐火材料、电镀、制革、颜料和铬矿冶炼等工业生产以及燃料燃烧排出的含铬废气、废水及废渣等，相关研究表明六价铬能引起贫血、神经炎、肾炎、循环系统衰竭等疾病，长期摄入会导致肺癌、腺癌。因此对水系沉积物中的铬进行检测和监测具有非常重要的意义。
LIBS技术除了对水系沉积物进行定量分析外，还可根据不同地区重金属的分布特征对其进行分类研究。而对于浅覆盖区的地质研究，往往只有水系沉积物或土壤的资料，因此通过LIBS 技术及采用主成分分析方法对水系沉积物进行分类，还可进一步用于浅覆盖区岩石的岩性与构造识别的研究，而目前此方面研究很少。
王阳恩等基于激光诱导击穿光谱技术对水系沉积物中铬元素进行快速定量检测为目的，利用采用美国应用光谱公司生产的RT100-HP 激光诱导击穿光谱仪（型号现更新为J200）对标样和样品进行了分析，建立了标样中铬元素浓度与其激光诱导击穿光谱强度间的定标曲线，线性相关系数达到0.992，得到了样品中的铬含量。同时利用主成分分析方法对样品进行了分析，结果表明LIBS 技术可用于水系沉积物的分类和鉴定的研究。

标样及样本光谱图

定标曲线

通过定标曲线可以计算出样品铬元素的含量：

样本中铬元素含量
（样品1到5分别取自城中村居民区水渠沉积物、涂料厂旁小河沉积物、护城河沉积物、长江
河道泥土、长江河道砂石）

根据以上结果可以推测样品中的铬含量与河流受到的污染程度相关。由于近年来城中村居民区水渠与护城河附近水域环境保护治理的效果不错，故样品1、3 较其他样品的铬含量偏低。而涂料厂旁的小河正因为有涂料厂生产防腐涂料的污染，故样品2 中所含铬偏高。随着长江受到的污染逐渐加重，导致样品2 的铬含量较高。样品5 中的铬含量与地壳中铬的含量较为近似。

待测样本的主成分二维散点分布图

从图中可以看到五种样品的主成分二维散点分布明显不同，说明在主成分二维散点分布图上, 决定二维散点位置的主要原因是样品的性质。这一结果可为水系沉积物的分类提供新的方法, 并将在进一步的水系沉积物的定量分析中表现出其应用潜力。

结论
通过LIBS 技术对水系沉积物进行分析，利用铬在302.156nm 的特征谱线及对标样进行定标，完成了样品中铬含量的定量分析，结果表明水质的污染对沉积物中铬元素的含量有较大的影响。同时通过对样品进行主成分分析，表明LIBS 技术可用于水系沉积物的分类与鉴定。


说明：以上内容主要摘录自2014年王阳恩等发表在《激光杂志》上的文章“激光诱导击穿光谱对水系沉积物的分类及铬元素测定的研究”

美国ASI 公司的J200激光质谱联用元素分析仪是美国劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory）30多年激光化学分析基础理论研究成果的结晶，创造了激光等离子光谱化学分析技术的新时代，首次将LIBS技术与LA-ICP-MS相结合。 实现了从氢元素到钚元素几乎全元素的测量，包括H、N、O等轻元素以及卤族等其他传统方法（包括ICP-MS）不能测量的元素，测量速度快，数秒即可得到结果。此外，J200激光质谱联用元素分析仪还可将剥蚀出的纳米级固体样品微粒直接送入ICP-MS进行更极ng确的分析，有效避免酸溶、消解等复杂样品前处理带来的二次污染和可能的误差引入，同时大大提升了元素检测限，实现了ppb以下到的宽范围测量。
目前，J200激光质谱联用元素分析仪已广泛用于国际高端和实验室，如美国劳伦斯伯克利国家实验室、美国大克拉曼多犯罪实验室 、巴西圣保罗大学、美国西北太平洋国家实验室等众多知名机构

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