猪饲料中Cu元素的空间限域LIBS检测

摘要

近年来,猪饲料重金属超标问题屡禁不止,严重危害食用人群健康与环境安全。国家标准中所采用的干灰化-原子吸收光谱法存在耗时长、需破坏样品、试剂易造成环境污染等问题。激光诱导击穿光谱(LIBS)以其快速、近乎无损、无需复杂制样的检测特性被誉为化学分析领域的“未来巨星”。传统LIBS技术在应用于猪饲料安全品质检测时具有特征光谱强度弱,检测精度较低等缺陷,针对该缺陷,提出LIBS技术与空间限域相结合,采用空间限域方法提高分析谱线强度,从而实现更低浓度样品的检出,实现对猪饲料样品中Cu元素含量进行快速绿色检测。以CuⅠ324.75 nm为分析谱线,在优化后的能量下,对比不同延时时间下加载不同高度和直径的圆柱形空间限域腔对分析谱线影响,再选取对分析谱线整体增强效果最佳的空间限域腔对7组不同浓度猪饲料样品进行LIBS光谱采集,结合采用国家标准方法获取的7组猪饲料样品中Cu元素参考浓度对LIBS系统检测灵敏度进行分析。结果表明,加载空间限域腔对分析谱线强度引起增强的同时不会对背景光谱造成明显影响,分析谱线强度增强因子最大值为5.16,空间限域腔直径为5.0 mm、高度为2.0 mm情况下对分析谱线整体增强效果最佳。在上述最佳试验参数基础上,以Cu元素在324.75 nm处特征光谱峰值强度为参考,对猪饲料进行定量分析。结果发现加载空间限域腔后不同浓度下猪饲料样品中Cu元素浓度与分析谱线强度之间线性关系相较于传统LIBS提升明显,其单变量定标模型R^(2)从0.742提升至0.996,检测限从6.21 mg·kg^(-1)降低至1.61 mg·kg^(-1)(《饲料添加安全使用规范》中猪类Cu元素日粮推荐含量为3~6 mg·kg^(-1)),检测灵敏度提高了2.86倍。研究表明,采用空间限域与LIBS技术相结合,可以大幅提升系统检测精度与灵敏度,使待测元素检测限降低至国家要求以下,对于实现猪饲料中Cu元素含量较低样品的LIBS快速绿色检测具有较好的作用。