1引言

生態(tài)地球化學觀測的重點是水、土、氣、生物中主要元素的成因來源、遷移轉化、生態(tài)效應、變化趨勢等過程，而所有過程的分析都基于研究材料中元素的種類及含量檢測。傳統(tǒng)的地球化學元素檢測多采用等離子體發(fā)射光譜法，但此法的樣品預處理過程耗時，需要的樣品量也較大。

AZ-E0100生態(tài)地球化學觀測系統(tǒng)基于激光光譜法，在樣品表面形成等離子體，光譜檢測系統(tǒng)對等離子體光譜進行分析，得到元素的種類及含量。無需樣品制備，對樣品幾乎無損傷、靈敏度高、檢測限低，多元素同時分析，數秒內得到分析結果，是地球化學分析領域的一次變革。

2觀測系統(tǒng)設計

2.1 目標

AZ-E0100生態(tài)地球化學觀測系統(tǒng)對土壤、巖層、礦石、植物等材料中的元素進行定性和定量分析，得到材料中元素的組分和含量信息，用于研究地球化學元素富集遷移、地質變遷、地質年代分析，評估礦質資源分布等。

2.2 采樣及測量

根據研究的需要，選擇具有代表性的巖層樣品，帶回實驗室，需經過多次環(huán)氧樹脂浸泡和切割，再經研磨、拋光、清洗涼干后，得到紋理清晰的的縱向切片，用透明的環(huán)氧樹脂粘附在玻璃載片上備用。

將樣品置于樣品室內，根據需要依結殼層不同生長環(huán)帶順序或其他順序，進行采樣。激光剝蝕采樣步驟為:一次標準樣品，多個樣品點;每次樣品測定先采集氣體空白，之后激光剝蝕樣品，采集幾個樣品數據，激光停止后繼續(xù)采集空白數據。系統(tǒng)軟件在信號采集時同時進行光譜強度統(tǒng)計分析，將結果用于優(yōu)化采樣方法。系統(tǒng)在測量過程中利用標準物對測量過程進行標定。

測量結果可通過多種數據格式保存，并隨時調用進行比較分析；系統(tǒng)軟件提供多種數據分析工具，如：PCA、PLS、多參數線性回歸、化學統(tǒng)計分析等，并將隨機樣品的譜線與光譜數據庫中的譜線進行比較分析。

2.3 觀測內容

可檢測70多種地球化學元素的含量，檢測限達ppm級，具體包括：

¨ 常量元素C，N， P， K， Ca， Mg， S

¨ 微量元素Fe， Cu， Mn， Zn， B.， Mo， Ni， Cl

¨ 痕量元素，可檢測化學周期表上幾乎所有元素

2.4 系統(tǒng)組成及裝置

系統(tǒng)主要由激光發(fā)射器及控制裝置、光譜檢測器、樣品室、電腦主機和分析軟件等組成。系統(tǒng)激光光源為Nd：YAG激光器，激光脈寬小于5ns，激光能量可控，輸出波長為670nm。樣品置于樣品室內，光束垂直入射到樣品表面上，聚焦點尺寸5-500微米可選；CCD檢測器可檢測的光譜范圍為190nm-1000nm。

3數據處理

系統(tǒng)所測數據，結合分析軟件可得：

1） 樣品中所含元素種類的鑒定；

2） 樣品中元素的含量及不同樣品不同區(qū)域元素種類及含量的比較；

3） 可在同一光譜圖疊加不同樣品的元素光譜特征曲線，使得樣品特征的比較更加直觀；

4） 可定位放大特定光譜波段，對特定元素做進一步的研究；

4應用案例

4.1礦石的檢測

將硼礦石和硅礦石樣品分區(qū)，然后分析不同礦石樣品不同區(qū)域的元素組成特點，如下圖所示，從光譜圖中可以看出，硅礦石棕色區(qū)域、白色區(qū)域及硼礦石的Mg的含量依次降低；而對于元素Si，硅礦石的棕色區(qū)域遠遠高于白色區(qū)域。系統(tǒng)軟件還可進一步分析出以上元素的具體含量。

4.2植物葉片和土壤樣品檢測

本觀測系統(tǒng)對某蘋果葉子、面粉、西紅柿葉、松樹葉、粘土、壤土、沙土樣品進行分析，其中，各樣品中C、K、Ca、Mn、Al等元素的光譜曲線疊加圖如下，通過光譜強度的比較，可以清晰的看出不同樣品不同元素含量的比較：

4.3 土壤碳檢測

在美國北部某一農場采集土壤樣品，使用本系統(tǒng)和常規(guī)分析法分別進行土壤碳的檢測，并將所測結果進行相關性分析，其分析結果如下，從中可以看出本系統(tǒng)所測247.85nm處光譜峰強度的大小與常規(guī)法所測碳含量呈直線相關。

5參考文獻

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