AtomTrace是歐洲工程技術(shù)中心（CEITEC）的衍生公司，公司成員均為布爾諾大學(xué)激光光譜與化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室的科研人員,。實(shí)驗(yàn)室起始于1997年,，在LIBS應(yīng)用技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域具有近20年的深厚經(jīng)驗(yàn),，其研制生產(chǎn)的Sci-Trace LIBS元素分析系統(tǒng)獲得捷克國家2016年年度合作獎。而在此之前,，AtomTrace團(tuán)隊(duì)曾在歐洲LIBS元素分析大賽中斬獲優(yōu)異成績,！
使用Sci-Trace，便意味著得到了的專業(yè)團(tuán)隊(duì)技術(shù)支持和實(shí)驗(yàn)室合作,。
LIBS技術(shù)相較于其它元素分析方法,，有其*和不可替代的優(yōu)勢
§ 較XRF技術(shù)無法檢測輕元素的遺憾而言，LIBS可以檢測所有元素;
§ 較ICP-MS等傳統(tǒng)方法,，樣品無須預(yù)處理, 固,、液、氣態(tài)樣品都可直接檢測,，實(shí)時分析;
§ 測量速度可達(dá)1秒鐘20次,，單次測量即可同時定性、半定量檢測元素周期表中所有元素;
不同的營養(yǎng)及礦物質(zhì)含量,，極大的影響植物的生長和代謝對于環(huán)境的響應(yīng),。元素測量一直采用ICP-OES或者AAS的傳統(tǒng)方法，缺點(diǎn)是樣品預(yù)處理復(fù)雜,，容易引入新的雜質(zhì)并造成測量誤差,。但關(guān)鍵的是，無法得到元素分布的空間信息,。而如若分布模式不同，即使含量相近,，對植物生理狀態(tài)的影響也差異巨大,。而LIBS技術(shù)可以在植物活體狀態(tài)下無須預(yù)處理進(jìn)行元素mapping掃描快速分析，恰恰彌補(bǔ)了這一缺憾,。LA-ICP-MS技術(shù)同也可進(jìn)行元素分布掃描,，但仍存很多問題有待克服：激光燒蝕樣品經(jīng)載氣運(yùn)送至ICP，會在運(yùn)送管中有顆粒物殘留,； ICP中大顆粒氣化不*,；記憶效應(yīng)（前次測量對下次測量結(jié)果的影響）；霧化室及運(yùn)送管中的死角對信號強(qiáng)度和持續(xù)時間的影響,；必須在同一位置多次測量才能獲得足夠強(qiáng)的信號等等,。因此對于植物中元素分布的測量，LIBS被認(rèn)為是有前景的測量技術(shù),。
?AtomTrace研究團(tuán)隊(duì)很早就關(guān)注到LIBS技術(shù)在植物科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,。2006年，Jozef Kaiser博士（AtomTrace CEO,、布爾諾科技大學(xué)光譜技術(shù)實(shí)驗(yàn)室主任）等即在European Physical Journal上發(fā)表了“Femtosecond laser spectrochemical analysis of plant samples”,，應(yīng)用libs技術(shù)對山茱萸整個葉片中的Fe、Mn元素進(jìn)行分布mapping研究。當(dāng)時在該實(shí)驗(yàn)中,，F(xiàn)e的LOD（檢測限）已經(jīng)做到5ppm,。
AtomTrace團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用LIBS技術(shù)在植物元素分析領(lǐng)域一直在孜孜不倦的探索，優(yōu)化算法,、開發(fā)軟件,、優(yōu)化儀器-----例如用真空反應(yīng)室、雙激發(fā)技術(shù)等提高mapping分辨率,，開發(fā)AtomAnalyzer光譜數(shù)據(jù)分析軟件將計(jì)算速度提高10倍,，研制紫外真空模塊檢測0-300nm紫外光區(qū)域譜線等。測試對象既有活體植物,，也有干枯樣品,；包括植物根、莖,、葉等植物各部分組織,；植物種類包括旱生植物，也包括高水分含量的水生植物,；定性定量測量的元素涉及對植物有重要影響的Al,、Ca、C,、Mg,、P、Si,、Sr,、Zn、B,、Cu,、Fe、Mn,、Pb,、K、S,、Na,、Cl、H,、N,、Ni、Ba,、Ag等等,。并發(fā)表植物L(fēng)IBS分析領(lǐng)域高影響因子文章如下：
AtomTrace團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用LIBS技術(shù)進(jìn)行植物中金屬元素分布的研究案例
研究案例一
浮萍（Lemna minor L.）是金屬元素環(huán)境污染的指示物種,，也是常被用于金屬毒害和富集作用研究的模式生物。本案例中,，AtomTrace團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用LIBS技術(shù)對浮萍做元素分布mapping,，比較研究Cd鹽和QDs中的Cd元素在浮萍中的富集模式；并應(yīng)用傳統(tǒng)ICP-OES技術(shù)對不同含Cd化合物在浮萍中的含量和富集進(jìn)行測量,；同時應(yīng)用TEM方法探究QDs的富集位置---浮萍表面,、細(xì)胞內(nèi)部、還是植物組織內(nèi),。
注：Cd離子在2015年275種重要有害物質(zhì)清單中*7,。含Cd量子點(diǎn)（QDs）通常由直徑3-6 nm 的CdS、CdSe,、PbSe及CdTe和其它一些金屬元素構(gòu)成,，其外覆有有機(jī)聚合物。由于其染料效果優(yōu)于其它生物染料所以大量排放至水域中并在水中釋放出Cd離子,，所以研究Cd量子點(diǎn)對生物的毒害作用有重要的應(yīng)用意義,。
使用雙激發(fā)LIBS技術(shù)研究Cd元素在浮萍小葉中的分布情況
實(shí)驗(yàn)方法：
§ 浮萍葉片分別在含鎘化合物CdCl2、MPA-QDs 及 GSH-QDs 溶液（該三種溶液濃度皆分別設(shè)為三個梯度：0.1,、 1和 10 mg/L）中處理,。將小葉貼于載玻片上制作樣品；
§ LIBS測量采用正交雙激發(fā),。一次激發(fā)激光波長266nm,，脈沖能量10mJ；二次激發(fā)激光波長1064nm,，脈沖能量1064mJ,；兩次激發(fā)激光脈沖長度均為5nm。每次測量均將葉片擊穿,。
§ 掃描測量分辨率：200 μm,；
§ Cd檢測主譜線：508.58 nm,；
Fig. 4 Cd量子點(diǎn)及Cd鹽處理下浮萍小葉元素mapping圖像
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
§ CdCl2和Cd-QDs污染,，對于Cd元素在浮萍葉片表面分布的影響無區(qū)別；
§ 濃度不同,，對于Cd元素在浮萍葉片表面分布的影響無區(qū)別,；
§ 實(shí)驗(yàn)中三種含鎘化合物（CdCl2、MPA-QDs,、GSH-QDs）濃度升高,，LIBS檢測信號皆隨之增強(qiáng)；
§ 莖結(jié)處Cd元素富集作用明顯高于其它組織
引自：Pavlína, M., Karel, N., Pavel, P., J, K., P, L., H, Z.G., Jozef, K., 2018. Comparative investigation of toxicity and bioaccumulation of Cd-based quantum dots and Cd salt in freshwater plant Lemna minor L. [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety 147 (2018) 334–341
研究案例二
對植物組織的元素進(jìn)行LIBS mapping分析,，可以通過譜線位置判別元素種類,，通過譜線強(qiáng)度得到元素濃度,，而元素mapping圖像可以得到元素分布、以及若干種元素的相關(guān)位置分布信息,。而在同一位置連續(xù)測量,，即可得到元素剖面分布的3D信息。
Fig. 5 所示實(shí)驗(yàn)研究：
Fig. 5 A：萵苣葉片上,，Pb元素對Mg元素分布的影響,。Mg是葉綠素的關(guān)鍵金屬，而Pb元素對葉綠素卻有更強(qiáng)的親和性,，因此葉片中Pb濃度上升時,，Mg濃度下降。
Fig. 5 B：Pb處理使玉米葉片中Pb濃度增加,。
Fig. 5 C：植物對金屬離子毒害的抗性各不相同,。如圖中所示向日葵葉片中，Pb處理對Mg元素的分布無影響,。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果與形態(tài)學(xué)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致,。
Fig. 5 D：LIBS技術(shù)也可應(yīng)用于植物其它組織中的元素分析。如圖中所示松樹枝條的雙激發(fā)LIBS測量所得的3D元素分布圖,。
Fig. 5
引自：Jozef, K., Karel, N., et al., Trace elemental analysis by laser-induced breakdown spectroscopy—Biological applications. Surface Science Reports 67 (2012) 233–243
研究案例三
根部對于植物養(yǎng)分供應(yīng),、保護(hù)植物避免受到過量金屬離子的毒害方面發(fā)揮著重要作用，但是根部元素分析的難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對莖部組織,，原因包括：根通常要比莖和芽細(xì)小很多,；干物質(zhì)含量小很多，為樣品切割帶來很大不便,；通常待分析元素相對含量較低,；而柔軟多汁的樣品如何保持其結(jié)構(gòu)形狀以得到元素分布的正確結(jié)果，同樣是個難題,。
AtomTrace針對上述挑戰(zhàn),，在本案例中進(jìn)行了成功的探索 --- 應(yīng)用雙激發(fā)LIBS技術(shù)對蠶豆幼苗根部納米銀顆粒（直徑為21.7±2.3 nm）進(jìn)行mapping分析，目標(biāo)是對自然狀態(tài)下的植物組織進(jìn)行元素檢測,，獲得高mapping分辨率的同時確保檢測靈敏度,。這同時也是整個LIBS領(lǐng)域中，對植物根部納米顆粒分布情況的初次嘗試,。
LIBS雙激發(fā)技術(shù) --- 即每次采集的測量信號,，都為兩次激光脈沖激發(fā)。如此可減輕燒蝕擾動并提高mapping分辨率,；同時兩次激發(fā)可增強(qiáng)信號,，以獲得可重復(fù)性更高、更優(yōu)LOD（檢測限）的檢測結(jié)果,。
實(shí)驗(yàn)參數(shù)：二次激發(fā)脈沖能量分別為5MJ@266nm和100MJ@1064nm,，間隔為500ns,；測量頻率為1次/秒；實(shí)驗(yàn)在1個大氣壓下進(jìn)行,。
實(shí)驗(yàn)材料：蠶豆幼苗,，分辨在AgNP溶液、Cu+和Ag+離子溶液處理7天,，做40μm厚切片進(jìn)行LIBS mapping測量,。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果：由以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見，LIBS技術(shù)檢測速度快,；即使對直徑只有2mm的幼根,，也可對其橫切面中的金屬離子及金屬納米顆粒分布進(jìn)行mapping分析，檢測的度和圖像分辨率足以滿足實(shí)驗(yàn)需求,。應(yīng)用雙激發(fā)技術(shù),，Mapping分辨率可達(dá)到50μm，足以區(qū)分根表皮層,、皮層,、中柱中的元素分布特征。
此外,，7天的短時間處理即可檢測結(jié)果,，說明對自然環(huán)境中、自然養(yǎng)分條件下的植物來說,，LIBS 元素mapping也是元素分布檢測行之有效的實(shí)驗(yàn)方法,，因此將是植物生理學(xué)和環(huán)境毒理學(xué)領(lǐng)域中的有效應(yīng)用。
Fig. 6 蠶豆幼苗根橫切進(jìn)行分辨率為50μm的單線測量后,，燒蝕坑情況
Fig.7 Cu+溶液處理蠶豆幼苗根橫切不同分辨率下mapping結(jié)果：100μm,、75μm、50μm
Fig.8 不同濃度Cu2+溶液【a) 100 μmol l−1 Cu2+ ,；b)50 μmol l−1 Cu2+,；c) 10μmol l−1 Cu2+； d) 0 μmol l−1 Cu2+】處理蠶豆幼苗根橫切mapping結(jié)果,；e）樣品區(qū)特征譜線,；f）Cu2+濃度降低，其對應(yīng)譜線強(qiáng)度也依次降低
Fig.9 Cu2+,、Ag+,、AgNPs處理7日后的蠶豆幼苗根部橫切的顯微圖像和元素mapping對應(yīng)結(jié)果（引自：Krajcarová L, Novotný K, Kummerová M, J. Dubová J, Gloser V, Kaiser J. Mapping of the spatial distribution of silver nanoparticles in root tissues of Vicia faba by laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) [J], Talanta 173 (2017) 28–35.）
北京易科泰生態(tài)技術(shù)有限公司是由科學(xué)家創(chuàng)建并為科學(xué)家提供科技服務(wù)的高新技術(shù)企業(yè),，是AtomTrace公司在中國（包括香港,、中國臺灣地區(qū)）的代理和技術(shù)咨詢服務(wù)中心。易科泰生態(tài)技術(shù)公司在青島,、西安設(shè)有分公司,，在全國各地設(shè)有辦事處,，北京總部設(shè)立有 EcoLab 實(shí)驗(yàn)室以提供實(shí)驗(yàn)研究合作、儀器技術(shù)培訓(xùn)等,。
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