激光诱导击穿光谱技术（LIBS）是近些年来随着激光技术以及光谱仪器的发展而兴起的新的痕量元素的探测手段。LIBS技术利用高辐射功率密度激光聚焦在样品表面，产生10000——20000K高温的激光等离子体，等离子体中包含的原子、离子（也包括一些分子）就会发射其特征波长的光谱，通过对光谱波长的测定就可以分析样品中元素的组成。同时，光谱的强度反映出了样品中元素构成的相对丰度。LIBS技术因其高灵敏度、多元素实时分析、样品制备简单等特性，已经被广泛应用于固体、液体、气体痕量元素分析、远程环境检测、细菌鉴别以及等离子体诊断等领域。

而LIBS应用于植物样品中微量元素的检测则是一个较新的课题。本文利用纳秒激光系统以及多通道光纤光谱仪对真空冻干的三种水果样品 IIBS 光谱进行了分析鉴别了其中的微量元素、分子等成分.并运用统计学方法对 Ca,Fe,Mg,K,Al,Na 等元素的含量做了对比分析,得到了一些初步的结果。

1、实验装置

实验装置

如图所示，Nd：YAC激光器可输出0一6J(@1064nm)激光脉冲，脉冲宽度为8ns。激光经过焦距为300mm的透镜聚焦在植物样品表面，焦斑直径约为100μm。植物样品随机选取了经过真空冻干处理的草莓、猕猴桃和苹果样品切片，平整地固定在一块玻璃板上，玻璃板放置在一个可三维调节的电控平移台上，以改变激光在样品表面上的作用点，保持较好光谱质量，光谱仪为AVANTES公司生产的AvaSpec2048FT快触发型四通道光纤光谱仪，配有75mm焦距的光学平台，2048像素的CCD探测器，四个通道分别采用了两块2400线/mm，一块600线/mm，和一块1200线/mm的全息光栅，分别覆盖230一345mm，340一440mm，425一953nm，934一1082mm光谱波段，光谱分辨率分别达到了0.08。0.08，0.4和0.11mm。

2、结果与讨论

下图是一个典型的苹果样品LIBS光谱，参照NITS原子数据库，以及文献提供的数据鉴别分析，得到了样品中的元素列表，分别标识在光谱中和表1中，从表1可以看出，K，Ca，Na，Al，Fe，Mg，Mn等多种金属元素光谱被观测到，其中Ca的谱线最多，达到23条，其次是K，Na等元素。这些元素以盐的形式在生物样品中有着丰富的分布；同时，C，H，O，N等与生物组织相关的元素光谱也被观测到，当然O与N的谱线部分也是由空气中的氧氮分子造成的。

苹果在大气中的激光诱导击穿光谱

从上图可看出，在所选取的三种水果样品中，草莓和猕猴桃中Ca，Fe的含量接近，而苹果中Ca，Fe的含量明显低于草莓和猕猴桃；对于有害成分，草莓中AI的含量也略高。上图表明，苹果中Na的含量相对其他两种水果有绝对优势，次之是猕猴桃，草莓中最少；而草莓中的Mg的含量高于苹果，猕猴桃中Mg含量则最少；三种水果中K的含量相差不大，苹果中略高一些。

此外，本文还观测到了C，CN，CaO的分子光谱，CIN分子谱线既有生物样品中本身的CN分子激发引起，又包括了C与空气种的N发生C+N→2CN反应而引起的，由于两者在时间分布上的差异，而可以用时间分辨LIBS（TRLIBS)技术区分开来。推测CaO谱带的形成可能是在激光作用后数微秒甚至更长时间，Ca与空气中的0结合形成Ca0而激发的光谱．更严格的结论可用精确的TRLIBS实验或者改变实验环境气体来证实。

Ca0谱带

各个样品中微量元素含量对比（a）为紫外光谱谱线对比；

（b）为可见光谱谱线对比

3、结论

本实验工作用Nd：YAG纳秒激光器诱导击穿草莓、猕猴桃、苹果三种水果样品产生等离体光谱，用四通道光纤光谱仪测量得到了三种水果清晰的LIBS光谱，经过鉴别分析，获得了样品中的原子、离子、分子的信息，运用统计学方法对Ca，Na，K，FeAl，Mg六种元素典型谱线强度做了分析、比较。实验结果表明，苹果中Ca，Fe的含量均低于草莓和猕猴桃，而Na和K的含量高于其他两种水果；草莓中的Mg的含量高于苹果和猕猴桃，AI的含量也略高些：猕猴桃中Fe，Ca的含量为三种水果中最高的：三种水果中K的含量相差不大。实验结果还表明!运用LIBS技术结合统计学的方法分析LIBS光谱可以快速分析植物样品中微量元素相对含量，是食品安全检测的一个新手段。