1 广西碳酸钙资源综合利用重点实验室（贺州学院）， 材料与化学工程学院， 广西 贺州 542899
2 生物资源与生态环境教育部重点实验室（四川大学）， 四川大学生命科学学院， 四川 成都 610064
3 贺州学院食品与生物工程学院， 广西 贺州 542899
4 四川大学机械工程学院， 四川 成都 610064
植物修复是一种绿色有吸引力的重金属污染修复技术。 了解重金属在植物体内不同部位的分布， 有助于深入了解重金属植物修复的分子机制。 激光诱导击穿光谱技术（LIBS）在元素原位快速分析时拥有突出的技术优势， 尤其是具备无需复杂样品前处理、 可对固体样品直接分析的突出特点， 目前元素扫描成像是LIBS技术的重要研究及应用方向。 设计并搭建了基于纳秒脉冲激光器的元素成像LIBS装置， 系统光斑分辨率50 μm， 样品移动步距为100 μm， 成像分析速度为6.25 mm2·min-1， 装置可实现自动化扫描， 满足实际分析需求， 系统采用多通道平面光栅光谱仪， 光谱范围180～800 nm， 目标元素光谱经基线扣除， 峰面积拟合及归一化处理后绘制分布热图， 并以伪彩呈现样品不同区域的元素分布。 以豌豆为水培植物模型， 利用所搭建的元素成像LIBS装置开展豌豆植株的在体原位元素成像分析， 分析了Ni、 Cu、 Cr及Pb重金属在植物体内的差异性分布， 并研究了上述四种重金属的吸收途径。 结果显示， 该元素成像装置可以对植物体内存在的C、 Mg、 Fe、 Ca、 Na、 K等主要基体元素进行有效分析， 经过重金属胁迫后， 豌豆植物体内存在明显的重金属累积且不同重金属在植株中呈现不同的分布趋势， 镍离子在胚轴、 胚芽部位大量存在， 与镍离子分布不同的是， 植株大量吸收铜离子并富集在根部初生结构中; 重金属铬在豌豆根的中部和胚芽、 胚轴大量积累， 而重金属铅则大量富集在胚轴、 胚芽中， 根尖的含量最少。 该研究表明， 元素成像LIBS技术可实现对植物体内多种重金属的在体同时分析， 这对辅助研究环境水体重金属污染植物修复的机理有意义， 同时可为植物生理学和生态毒理学等领域的相关研究提供装置和新方法。
重金属污染 生物积累 空间分布 元素成像 Heavy metal Laser-induced breakdown spectroscopy LIBS Bioaccumulation Spatial distribution Element imaging 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1485
1 华中科技大学光学与电子信息学院，湖北 武汉 430074
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
3 中国科学院光电技术研究所，四川 成都 610209
生物体内元素的微小变化可以直接影响生物的代谢和生理过程。快速、精准的生物体内元素定性定量分析，是新陈代谢检测以及临床疾病诊断中不可或缺的部分。随着医学检测技术的不断发展和临床需求的不断增加，寻找一种更新、更快、适应性更强的临床分析和诊断技术成为当前的研究热点。在生物医学研究中，激光诱导击穿光谱（LIBS）技术凭借着快速、实时、多元素同步检测的优势，在血液、病理组织检测和元素分布成像等方面展现出了极大的应用价值。本综述回顾了近年来LIBS技术在生物医学应用中的研究状况和最新进展，基于目前的研究状况，评估了LIBS技术在血液检测、生物组织分析、元素成像应用领域的挑战和机遇，还为进一步促进LIBS技术在生物医学领域的应用提供了建议。
光谱学 激光诱导击穿光谱 生物医学 血液检测 组织分析 元素成像 激光与光电子学进展
2023, 60(24): 2400004
1 南京航空航天大学 南京 210000
2 兰州大学 兰州 730000
3 核技术应用教育部工程研究中心 东华理工大学 南昌 330013
瞬发γ射线活化成像（Prompt Gamma-ray Activation Image，PGAI）技术可对大体积样品内部元素分布进行无损测量，具有广阔的应用前景。目前，PGAI测量平台主要集中在能够提供高中子通量的反应堆中子源上，限制了该技术的现场应用，基于中子发生器和同位素中子源的PGAI技术可用于现场测量，但其较低的中子通量使得测量图像分辨率差。针对此问题，提出一种基于多编码版准直器的PGAI成像方法，采用36块编码准直板和最大似然期望最大化（Maximum Likelihood Expectation Maximization，MLEM）算法对板状样品中的氯（Cl）元素空间分布进行测量分析，编码板的开孔大小为1 cm×1 cm。利用蒙特卡罗程序MCNP对6 cm×6 cm×1 cm（长×宽×厚）样品进行了模拟实验，结果显示：重建图像与原图像的相对偏差为0.065 8，结构相似性（Structural Similarity，SSIM）为0.952 1；表明利用该方法可以对Cl元素的分布进行测量，重建图像与设置的样品图像吻合。
元素成像 瞬发γ射线活化成像 编码板准直器 蒙特卡罗模拟 Elemental imaging PGAI Coded-aperture collimator Monte Carlo simulation
1 合肥工业大学 电子科学与应用物理学院, 合肥 230009
2 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 安徽省光子器件与材料重点实验室, 合肥 230031
3 深圳技术大学 新能源与新材料学院,深圳 518118
4 中国科学技术大学 科学岛分院, 合肥 230026
5 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院, 合肥 230026
6 合肥工业大学 智能制造研究院, 合肥 230009
古气候学是研究地球的过往气候的一门学科, 可以预测未来气候变化, 解决有关环境、资源等问题。基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术可以快速、准确、原位分析复杂多样的大面积古气候样本, 获得能够与气候建立联系的元素信息, 在气候变化研究中展现出很好的应用前景。首先介绍了基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术的基本原理, 其次回顾了目前常用的成像系统的仪器配置, 包括激光光源、聚焦系统和光谱探测系统等, 最后介绍了国内外基于激光诱导击穿光谱元素成像技术分析古气候代理物的典型案例。该研究对基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术在古气候研究中的应用有很好的指导作用。
光谱学 激光诱导击穿光谱技术 元素成像 古气候学 洞穴沉积物 海洋动物外壳 spectroscopy laser-induced breakdown spectroscopy elemental imaging paleoclimatology cave deposits marine animal shell
1 合肥工业大学 智能制造研究院, 合肥 230009
2 中国科学院 安徽光学精密机械研究所 安徽省光子器件与材料重点实验室, 合肥 230031
3 合肥工业大学 电子科学与应用物理学院, 合肥 230009
4 中国科学技术大学 环境科学与光电技术学院, 合肥 230026
元素成像技术是一种基于激光诱导击穿光谱（LIBS）技术的元素光谱强度成像技术, 该技术拥有多元素分析能力、原位成像能力和大面积样本扫描成像能力, 且样本制备简易、成像速度快。首先介绍了LIBS元素分布成像技术的原理, 其次介绍了目前常用的LIBS成像设备, 最后回顾了LIBS成像技术在古气候学、病理分析、药物代谢及植物学分析等领域的相关应用。
激光技术 激光诱导击穿光谱技术 元素成像 古气候学 生物样本 纳米材料 laser technique laser-induced breakdown spectroscopy elements imaging paleoclimate biological tissues nanoparticles
华南理工大学 物理与光电学院, 广州 510641
为了分析和检测天然玉石表面元素分布情况, 采用再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱技术对天然玉石表面进行二维元素成像分析.实验研究了正交双脉冲激光诱导击穿光谱条件下脉冲间隔和激光能量对原子辐射强度和信背比的影响.在优化的实验条件下, 对天然玉石样品表面36 mm×10 mm范围内进行了二维扫描分析, 获得了烧蚀坑洞直径约为30 μm的玉石样品表面微量元素Fe的二维分布图.结果表明: 再加热正交双脉冲技术能有效地检测天然玉石样品中的微量元素, 并在相同的样品损伤条件下提高了检测灵敏度.该技术不仅可以实现玉石样品的表面元素分布分析, 为玉石鉴定提供参考, 还可以应用于其他固体样品二维元素分布扫描成像分析, 具有较好的应用价值.
光谱学 激光诱导击穿光谱 正交双脉冲 二维元素成像 Spectroscopy Laser-induced breakdown spectroscopy Orthogonal dual-pulse Two-dimensional elemental mapping
1 岛津
2 香港有限公司北京代表处 北京 100020
论述了波长色散X射线荧光分析装置的发展状况.除了继续发展其在高含量、常量和微量元素分析上高精度、高稳定性的固有特点之外,在进一步提高灵敏度,使分析范围扩展到痕量分析范围;开拓微区面分布的元素成像分析;进一步对传统分析困难的轻元素和中重金属元素的探讨,开发新的高级次谱线分析方法;适应新材料特别是纳米材料的分析要求,对薄膜分析的开拓等方面,已经有了长足的发展.本文介绍在商品化的分析装置方面的发展状况.同时本文引入对无标样分析的基本参数法(FP法)目前发展状况的介绍.
波长色散X射线荧光分析 微区面分布的元素成像分析 高级次谱线分析方法 薄膜分析 无标样分析的基本参数法
