1引言
生態(tài)地球化學(xué)觀測的重點(diǎn)是水、土、氣、生物中主要元素的成因來源、遷移轉(zhuǎn)化、生態(tài)效應(yīng)、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(xué)元素檢測多采用等離子體發(fā)射光譜法，但此法的樣品預(yù)處理過程耗時(shí)，需要的樣品量也較大。
AZ-E0100生態(tài)地球化學(xué)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(jìn)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(shí)分析，數(shù)秒內(nèi)得到分析結(jié)果，是地球化學(xué)分析領(lǐng)域的一次變革。
2觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.1 目標(biāo)
AZ-E0100生態(tài)地球化學(xué)觀測系統(tǒng)對土壤、巖層、礦石、植物等材料中的元素進(jìn)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(xué)元素富集遷移、地質(zhì)變遷、地質(zhì)年代分析，評估礦質(zhì)資源分布等。
2.2 采樣及測量
根據(jù)研究的需要，選擇具有代表性的巖層樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室，需經(jīng)過多次環(huán)氧樹脂浸泡和切割，再經(jīng)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(nèi)，根據(jù)需要依結(jié)殼層不同生長環(huán)帶順序或其他順序，進(jìn)行采樣。激光剝蝕采樣步驟為:一次標(biāo)準(zhǔn)樣品，多個(gè)樣品點(diǎn);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(gè)樣品數(shù)據(jù)，激光停止后繼續(xù)采集空白數(shù)據(jù)。系統(tǒng)軟件在信號采集時(shí)同時(shí)進(jìn)行光譜強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)分析，將結(jié)果用于優(yōu)化采樣方法。系統(tǒng)在測量過程中利用標(biāo)準(zhǔn)物對測量過程進(jìn)行標(biāo)定。
測量結(jié)果可通過多種數(shù)據(jù)格式保存，并隨時(shí)調(diào)用進(jìn)行比較分析；系統(tǒng)軟件提供多種數(shù)據(jù)分析工具，如：PCA、PLS、多參數(shù)線性回歸、化學(xué)統(tǒng)計(jì)分析等，并將隨機(jī)樣品的譜線與光譜數(shù)據(jù)庫中的譜線進(jìn)行比較分析。
2.3 觀測內(nèi)容
可檢測70多種地球化學(xué)元素的含量，檢測限達(dá)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(xué)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(jī)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(nèi)，光束垂直入射到樣品表面上，聚焦點(diǎn)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(shù)據(jù)處理
系統(tǒng)所測數(shù)據(jù)，結(jié)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(jìn)一步的研究；
4應(yīng)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(diǎn)，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(yuǎn)遠(yuǎn)高于白色區(qū)域。系統(tǒng)軟件還可進(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(nóng)場采集土壤樣品，使用本系統(tǒng)和常規(guī)分析法分別進(jìn)行土壤碳的檢測，并將所測結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，其分析結(jié)果如下，從中可以看出本系統(tǒng)所測247.85nm處光譜峰強(qiáng)度的大小與常規(guī)法所測碳含量呈直線相關(guān)。
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