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 種植農(nóng)作物使用農(nóng)藥，可以初步預(yù)防病蟲害對蔬菜生長的影響，保證農(nóng)作物健康生長，但農(nóng)作物中會殘留很多農(nóng)藥或重金屬等有毒成分，因此檢測農(nóng)作物中的農(nóng)藥殘留和重金屬元素，可以及時發(fā)現(xiàn)有害物質(zhì)超標(biāo)的農(nóng)作物，指導(dǎo)農(nóng)民安全用藥。

  FireFly是一款基于LIBS（激光誘導(dǎo)擊穿光譜）技術(shù)的快速多元素分析與化學(xué)成像設(shè)備。適用于所有固體和液體樣品，待測物無需前處理，測量近乎無損傷，一次測量可獲取樣品所有元素信息。將其用于植物組織中元素含量的測定，可以協(xié)助研究植物營養(yǎng)狀況和元素吸收分布及植物在重金屬脅迫下的反應(yīng)和耐受性。

• LIBS技術(shù)檢測干果營養(yǎng)元素和重金屬污染：

圖1. 左上：杏仁、開心果、黑胡桃、白胡桃和腰果等干果；左下：5種干果的K、Mg等營養(yǎng)元素和Cu、Cr、Pb等重金屬元素含量差異；右圖：干果中不同元素的LIBS測量光譜

  研究人員利用LIBS技術(shù)檢測了市場上杏仁、開心果、黑胡桃、白胡桃和腰果等5種干果的元素組成，在干果樣品中檢測到了鉀、鎂、鈣、鐵、鋅、鈉等營養(yǎng)元素以及鉛、鉻、銅等有毒元素，不同干果樣品中這些元素的含量存在差異。

• LIBS技術(shù)檢測果蔬農(nóng)藥殘留和重金屬污染：

圖2. 左圖：蘋果和韭菜中 P 的光譜。藍(lán)色線是含有毒死蜱的樣品的 LIBS 光譜。紅色線是含有毒死蜱和 80 nm 銀粒子的樣品的 LIBS 光譜。粉色線是不含任何物質(zhì)的干凈樣品的 LIBS 光譜。黑色線是含有 80 nm 銀粒子的樣品的 LIBS 光譜。右圖：生菜莖葉對鎘的LIBS映射圖。

  使用 LIBS 技術(shù)測定果蔬表面的毒死蜱和 Cd 殘留，通過測量 P 和 Cl 元素間接測量毒死蜱；研究生菜葉片中 Cd 的分布，發(fā)現(xiàn) Cd 在生菜葉片中分布不均勻，在葉脈中的濃度高于葉肉，主脈中的濃度高于側(cè)脈，在脈交叉處有相對較強(qiáng)地Cd積累。

• LIBS結(jié)合高光譜技術(shù)檢測果蔬農(nóng)藥殘留：

圖3. 左圖：桑葚農(nóng)藥殘留和無殘留的LIBS光譜數(shù)據(jù)；右圖：桑葚農(nóng)藥殘留和無殘留的高光譜數(shù)據(jù)；

圖4. 圖中（a）和（b）分別表示使用 LIBS 數(shù)據(jù)在進(jìn)行預(yù)處理前和預(yù)處理后的 PCA 圖，（c）和（d）表示 LIBS 數(shù)據(jù)與 HSI 數(shù)據(jù) III（LIBS - HSI 數(shù)據(jù)）結(jié)合在預(yù)處理前和預(yù)處理后的 PCA 圖。

  桑椹富含營養(yǎng)和生物活性物質(zhì)，但易受病蟲害影響，導(dǎo)致農(nóng)藥殘留超標(biāo)，對人體健康有害，因此建立快速有效的檢測方法至關(guān)重要。傳統(tǒng)的農(nóng)藥殘留檢測方法如 GC、GC - MS、HPLC 等復(fù)雜、耗時、成本高且可能導(dǎo)致樣品污染，而 LIBS 和 HSI 技術(shù)為快速檢測提供了新途徑。文章通過結(jié)合桑葚測量獲取的 LIBS 和 HSI 數(shù)據(jù)，得到了比單獨(dú)使用LIBS數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確的農(nóng)藥殘留檢測結(jié)果。

• FireFly LIBS白芥鎘金屬污染檢測及成像：

圖5：左圖為大麻幼苗在5μ/20μmol?dm−3的CdCl2?2.5H2O溶液中生長的樣品的照片和相應(yīng)的LIBS Cd元素分布圖；右圖為白芥暴露于含鎘化合物后樣品的照片和相應(yīng)的LIBS Cd元素分布圖。

如圖為Lightigo激光光譜實(shí)驗(yàn)室對植物進(jìn)行鎘毒性檢測，F(xiàn)ireFly可以清晰獲取鎘元素在大麻和白芥幼苗中的相對含量分布圖，可以了解Cd污染物進(jìn)入植物體內(nèi)后的運(yùn)輸路線和富集器官。

相關(guān)閱讀：

1. Rehan I, Gondal M A, Almessiere M A, et al. Nutritional and toxic elemental analysis of dry fruits using laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES)[J]. Saudi Journal of Biological Sciences, 2021, 28(1): 408-416.
2. Zhao X, Zhao C, Du X, et al. Detecting and mapping harmful chemicals in fruit and vegetables using nanoparticle-enhanced laser-induced breakdown spectroscopy[J]. Scientific Reports, 2019, 9(1): 906
3. Wu D, Meng L, Yang L, et al. Feasibility of laser-induced breakdown spectroscopy and hyperspectral imaging for rapid detection of thiophanate-methyl residue on mulberry fruit[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20(8): 2017.
4. Pavlína Modlitbov, Pavel Porízka, Jozef Kaiser et al., A Detail investigation of toxicity, bioaccum ulation, and translocatio n of Cd-base d quantum dots and Cd salt in white mustard. [J] Chemosphere., 251 (2020) 126174

FireFly其他應(yīng)用領(lǐng)域：

?土壤分析：分析土壤樣本中的元素組成，評估土壤肥力和污染情況。

?地質(zhì)勘探：用于巖石和礦物的元素分析，輔助地質(zhì)勘探和礦物成分研究。

?金屬材料檢測：分析金屬及其合金中的元素成分，用于材料科學(xué)和質(zhì)量控制。

?環(huán)境監(jiān)測：監(jiān)測環(huán)境樣本（如沉積物、大氣顆粒物等）中的元素，評估環(huán)境污染。

?生物材料分析：測定生物樣本（如毛發(fā)、血液、骨骼、腫瘤等）中的元素，用于生物醫(yī)學(xué)研究。