2 分析系统设计 2.1 目标 J200 植物滞尘理化特性分析系统采用激光光谱元素分析方法对植物叶片和树干滞尘做微区分析，获取叶片和树干滞尘的元素组分及分布。同时对滞尘的物理参数，如滞尘的粒形和粒径分布及随时间的变化，进行测量，从而可精确确定大气颗粒物的迁移路径、叶面滞尘的选择性，若同时测定植物叶绿素、植物胁迫、水势和气孔导度等参数，还可确定粉尘对植物生理生化的影响。 2.2 分析内容 植物不同高度的叶面尘、树干尘的元素组成成分、滞尘颗粒粒径、粒形，叶绿素含量、荧光、植物水势、气孔导度等。 2.3 分析系统组成与特性 J200 植物滞尘理化特性分析系统由元素分析单元、粒子特性分析单元和植物生理监测单元组成。 元素分析单元源自美国加州大学国家能源技术实验室年多年科学研究成果，采用激光在样品表面形成等离子体，然后由光谱检测单元对等离子体的光谱进行分析，进而得到样品的元素组分、含量以及指纹光谱信息。 无需样品制备，数秒内即可同时、快速得到土壤、泥沙、岩层、矿石、植物、气溶胶等样品中70多种元素的含量。 该单元配置的系统软件，可让用户任意选取光谱线及背景，自动去除背景强度、自动计算峰值下的面积，提供谱线的“净”强度；还可优化选择原子/离子发射谱线作不同的分析，在光谱标样基础上制作定量分析标定曲线，并提供了PCA、PLS、多参数线性回归、化学统计分析等数据分析工具，方便将随机样品的谱线与数据库中的谱线比较，得到复杂的、多组分样品的定量分析结果。 粒子特性分析单元采用针对旋转的激光光束遮蔽时间的粒径分析技术，在600个不连续的时间间隔进行粒径测量，得到高分辨率的粒径分布。利用该技术，颗粒粒径是直接测出来的，而不是通过粒径的二级特点推算出来的，因此不受折射率指数、粘度变化、布朗运动、热传导和其它物理现象的影响，具有高精度和优秀的可靠性与重复性。 该单元还可收集颗粒的原位数字图像来分析颗粒的大量形状参数，从而进行粒形特征分析。 植物生理监测单元，测量叶绿素含量、荧光参数、水势、气孔导度等参数，用户根据研究需要，可选择配置。 2.4 性能指标 2.4.1 元素分析单元 l 基本配置：激光、等离子体发射检测模块、光闸延迟调节控制器模块、激光烧蚀及采样行程模块、显示主机 l 测量参数：土壤中地球化学组成元素种类、含量及其特征指纹光谱 l 操作系统：硬件控制，预选或自制激光烧蚀采样模式，发射谱线数据库，元素分布、深度分析等功能，多闪累积LIBS信号，多谱线对比显示 l 光谱数据库：UV-NIR 全光谱，TrueLIBS 发射光谱数据库 l 采样方法：全采样，夹杂物和微光斑分析，深度分布，元素分布 l 分析工具：去除发射峰背景，PCA、PLS、多参数线性回归、化学统计分析 l 光谱范围：190-1000nm 2.4.2 粒子特性分析单元 l 基本配置：主机、激光测量头和视频测量头、测量池、样品分散系统 l 测量参数：粒径、粒形、颗粒浓度 l 测量原理：激光视频双通道，模块化配置。激光通道采用激光光阻法（又称时间转换理论），视频通道采用动态图像分析法 l 激光通道测量范围：0.1-2000μm，分辨率：全量程的0.33%，最小可达0.2μm l 视频通道测量范围：2-3600μm l 浓度测量范围：高达109颗粒/cm3(对1μm颗粒) l 测量池模块：液体、乳液/不透明液体、干粉、纤维、磁性颗粒、加热液体及气溶胶可选 l 样本分散系统：自动液体循环、干粉分散器、粉料送样器、温度控制器、气溶胶控制器可选
美国加利福尼亚州大学国家能源技术实验室、美国橡树岭国家实验室环境科学部也将该系统广泛应用于不同矿石样品不同区域的元素组成特点及具体含量分析、金属材料的组成成分分析、土壤中总碳含量等的研究。 目前该系统基于的技术在国外已经实现较为成熟的商品化，相对而言，国内利用相关技术和仪器设备还处于起步阶段，尚有着广阔的科研空间。随着激光技术及检测技术的快速发展，该系统必将在流域侵蚀泥沙来源的确定、流域元素的迁移路径分析、土壤污染及修复、土壤和植物元素分布、沙尘溯源分析及其颗粒粒径等级和粒形特性研究等生态地球化学领域展示更加深入的应用前景。 5 参考文献 Ø Baudelet, M., M. Boueri, S. Mao, X. Mao, and R.E. Russo. Laser ablation of organic materials for discrimination of bacteria in an inorganic background. SPIE 7214,2009,72140J-1-72140-10. Ø Brostoff, L.B., J. Gonzalez, P. Jett, and R.E. Russo. Trace element fingerprinting of ancient Chinese gold with femto second laser ablation-inductively coupled mass spectrometry. Journal of Archeological Science,2009, 36:461-466. Ø J. Kaiser, M. Galiová, et al. Mapping of lead, magnesium and copper accumulation in plant tissues by laser-induced breakdown spectroscopy and laser-ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. Spectrochimica Acta Part B 64,2009,67-73. Ø Madhavi Z. Martin, Nicolas André et al. Novel M*riate Analysis for Soil Carbon Measurements Using Laser-Induced Breakdown Spectroscopy.Soil Sci.Soc.Am.J. 2009,74:87-93. Ø Zorba, V., X.L. Mao, and R.E. Russo. Laser wavelength effects in ultrafast near-field laser nanostructuring of Si. Applied Physics Letter,2009,95: 041110-1-041110-3. Ø 常亮，林兆祥，李捷，等。溶液中金属元素的激光诱导击穿光谱。强激光与粒子束，2010，2（6）：1369-1372。 Ø 林兆祥，李捷，刘林美，等。利用激光诱导击穿光谱分析土壤成份。强激光与粒子束，2009，21（6）：817-820。 Ø 马艺闻，杜振辉，孟繁莉，等。激光诱导击穿光谱技术应用动态。分析仪器，2010（3）：9-14。 Ø 王建伟，张娜珍，侯可勇，等。LIBS 技术在土壤重金属污染快速测量中的应用。化学进展，2008，20（7/8）：1165-1171。 Ø 奚小环。生态地球化学与生态地球化学评价。物探与化探，2004，28（1）：10-15。 Ø 于乐，赵华凤，马晓红，等。激光诱导击穿谱土壤重金属污染检测方法研究。激光杂志，2008，29（5）：64-65。 Ø 余亮英，陆继东，张娟，等。激光感生击穿光谱及研究现状。激光技术，2004，28（1）：103-107。 Ø 孙兰香，于海斌，郭前进，等。激光诱导击穿光谱在物质成分定量分析方面的实验研究进展。仪器仪表学报，2008，29（10）：2235-2240。 Ø 赵芳，张谦，熊威，等。水中痕量重金属激光诱导击穿光谱高灵敏检测。环境科学与技术，2010，33（3）：137-140。 [15] 赵书瑞，陈金忠，易晓云。激光诱导等离子体光谱技术的实验装置进展。光谱实验室，2009，26（4）：1046-1050。
