射频辅助的激光诱导击穿光谱技术及其对中药材元素的高灵敏检测研究

The research of real time, online, and highly sensitive detection based on the laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) are currently one of very interested subjects in the field of elemental analysis. In this project, firstly, we will aim to the demands of highly detection of element content in chinese herbal medicine and build a set of LIBS system assisted by radiofrequency (RF) discharge. Using it, we will study how to improve the precision,sensitivity and speed of analysis, and explore the influence of all kinds of the experimental conditions.Secondly, we will study the optimized experimental conditions and parameters suitable for element detection in chinese herbal medicine in order to establish the rapid detection method for chinese herbal medicine. We hope that the results can provide the support on the development of LIBS detection equipment, and the corresponding methods and results of chinese herbal medicine detection can provide the help for its detection, monitoring of planting environment, and the LIBS applicaitons of other fields.

基于激光诱导击穿光谱技术（LIBS）的实时、在线、高灵敏检测研究是目前人们非常感兴趣的课题之一。本项目拟针对中药材元素含量快速检测的需求，基于LIBS技术原理，通过引入射频放电技术，建立射频辅助的激光诱导击穿光谱（RF-LIBS）实时测量和在线分析系统。利用该系统研究提高光谱分析精度、灵敏度和分析速度的方法，探索各种实验条件对分析结果的影响，确定适用于中药材元素含量分析的最优实验条件和参数，建立中药材元素快速测定的方法。希望通过本项目的研究，能够为LIBS检测设备的研制提供数据支持，相关的中药元素检测方法及结果能够为中药材的检测、药材种植环境的监控以及其他领域的LIBS应用提供借鉴。

激光诱导击穿光谱技术（LIBS）作为一种物质成分定量分析技术已被广泛应用于材料成分在线分析、环境监测、工业流程控制等诸多领域。本项目搭建了射频放电辅助的激光诱导击穿光谱技术实验装置，并通过相关实验条件的优化，确定了提高等离子体稳定性和光谱稳定性的方法；开展了激光诱导击穿光谱实验装置的系统集成和控制软件开发，实现了高精度的时空分辨激光等离子体光谱测量和快速分析。基于自由定标方法和模块化的程序设计思路，设计开发了LIBS光谱快速分析程序。另外，为了加深对激光等离子体演化机制的认识，发展了基于辐射流体动力学模型的激光等离子体演化动力学分析程序，完成了Al、 C、 Si、Sn等元素的等离子体膨胀过程有关光谱轮廓、离子速度、电子温度、电子密度等参数的演化分析。. 在上述的实验优化和理论分析基础上，开展了党参、当归等中药材样品中的元素含量分析研究。为了实现高精度测量和获得高稳定性的、近光学薄的等离子体，我们利用高纯度的石墨靶作为研究中药材样品的基体材料，并对中药材样品进行了灰化处理，提出了中药材纳米颗粒靶的研究方法，光谱测量结果表明其接近于ICP-MS的测量精度和稳定度。另外，项目组也开展了土壤中重金属元素的快速检测以及提高检测限的研究，并分析了传统中药熬制过程中药液的重金属元素含量的变化。. 总之，开展LIBS技术的光谱信号增强和中药材元素含量的研究，特别是与中药材的生长环境、重金属检测等方面的系统性研究工作对LIBS技术领域相关的基础研究、科学应用及仪器研制来说是非常有意义的。