LightigoLIBS元素分析技術在植物金屬元素分布快...（二）

掃描測量分辨率：200 μm；

Cd檢測主譜線：508.58 nm；

Fig. 4 Cd量子點及Cd鹽處理下浮萍小葉元素mapping圖像

實驗結論：

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別；

濃度不同，對于Cd元素在浮萍葉片表面分布的影響無區別；

實驗中三種含鎘化合物（CdCl_2、MPA-QDs、GSH-QDs）濃度升高，LIBS檢測信號皆隨之增強；

莖結處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行LIBS mapping分析，可以通過譜線位置判別元素種類，通過譜線強度得到元素濃度，而元素mapping圖像可以得到元素分布、以及若干種元素的相關位置分布信息。而在同一位置連續測量，即可得到元素剖面分布的3D信息。

Fig. 5 所示實驗研究：

Fig. 5 A：萵苣葉片上，Pb元素對Mg元素分布的影響。Mg是葉綠素的關鍵金屬，而Pb元素對葉綠素卻有更強的親和性，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。該實驗結果與形態學分析實驗結果一致。

Fig. 5 D：LIBS技術也可應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

根部對于植物養分供應、保護植物避免受到過量金屬離子的毒害方面發揮著重要作用，但是根部元素分析的難度要遠遠大于對莖部組織，原因包括：根通常要比莖和芽細小很多；干物質含量小很多，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構形狀以得到元素分布的正確結果，同樣是個難題。

AtomTrace針對上述挑戰，在本案例中進行了成功的探索 --- 應用雙激發LIBS技術對蠶豆幼苗根部納米銀顆粒（直徑為21.7±2.3 nm）進行mapping分析，目標是對自然狀態下的植物組織進行元素檢測，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領域中，對植物根部納米顆粒分布情況的初次嘗試。

LIBS雙激發技術 --- 即每次采集的測量信號，都為兩次激光脈沖激發。如此可減輕燒蝕擾動并提高mapping分辨率；同時兩次激發可增強信號，以獲得可重復性更高、更優LOD（檢測限）的檢測結果。

實驗參數：二次激發脈沖能量分別為5MJ@266nm和100MJ@1064nm，間隔為500ns；測量頻率為1次/秒；實驗在1個大氣壓下進行。

實驗材料：蠶豆幼苗，分辨在AgNP溶液、Cu+和Ag+離子溶液處理7天，做40μm厚切片進行LIBS mapping測量。

實驗結果：由以下實驗結果可見，LIBS技術檢測速度快；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行mapping分析，檢測的精確度和圖像分辨率足以滿足實驗需求。應用雙激發技術，Mapping分辨率可達到50μm，足以區分根表皮層、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果，說明對自然環境中、自然養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驗方法，因此將是植物生理學和環境毒理學領域中的有效應用。

Fig. 6 蠶豆幼苗根橫切進行分辨率為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結果；e）樣品區特征譜線；f）Cu²⁺濃度降低，其對應譜線強度也依次降低
 

Fig.8  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對應結果（引自：Krajcarová L, Novotny 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.）