隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海洋、河流污染日益嚴(yán)重，運(yùn)輸、采礦等工業(yè)排污等活動(dòng)造成了水體污染，水中的金屬污染不斷加重，經(jīng)過一定后污染物最終進(jìn)入沉積物中。沉積物是判斷海洋、河流重金屬污染程度的重要窗口。因此進(jìn)行沉積物中重金屬元素的快速檢測和研究意義重大。

常用于沉積物中重金屬測量的方法很多，例如原子吸收光譜法AAS，電感耦合等離子體質(zhì)譜法ICP-MS等。這些傳統(tǒng)方法雖然結(jié)果較為理想，但是需要長時(shí)間和復(fù)雜的前處理過程，樣品也不能重復(fù)使用，污染較大，有腐蝕，對操作人員要求也很高。因此急需一種快速，微損，無污染，可以實(shí)時(shí)檢測元素的方法。我們以鋅（Zn）元素為例研究其快速檢測手段及評價(jià)方法。激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)是一種新興的元素檢測和分析技術(shù)。當(dāng)激光作用于樣品表面時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)信息的等離子體。通過對等離子體發(fā)出的光譜進(jìn)行收集分析，建立光譜與元素一一對應(yīng)的關(guān)系。由此可以檢測出元素周期表中的大部分元素。

實(shí)驗(yàn)樣品來源于六個(gè)不同流域地點(diǎn)的沉積物。其特點(diǎn)為顆粒大小不一，雜質(zhì)眾多，含水率較高。其中主要金屬元素包括Ca，Fe，Mn等。將樣品分為兩份，其中一份采用AAS方法進(jìn)行檢測。另一份樣品進(jìn)行干燥、過篩、混勻混合后壓片處理，壓力20噸，保壓時(shí)間3分鐘，樣品壓片直徑11毫米。

     沉積物主要元素光譜圖           沉積物樣品      Zn的譜線強(qiáng)度隨烘干時(shí)間的變化曲線

通過查詢ElementLIBS元素識(shí)別數(shù)據(jù)庫，Zn元素的特征峰為468.01nm，我們確定這里為分析位置，見左上圖。中間的圖示為現(xiàn)場取樣的情況。沉積物中水分的存在會(huì)大大降低激光剝蝕效率，進(jìn)而影響信號(hào)強(qiáng)度。而長時(shí)間的烘干操作又會(huì)耽誤時(shí)間，影響實(shí)驗(yàn)的快速性。為此，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，見右上圖所示。烘干時(shí)間低于12分鐘時(shí)，光譜信號(hào)的強(qiáng)度迅速增加，但是到了12分鐘后，隨烘干的進(jìn)行，強(qiáng)度的變化已經(jīng)不明顯了。因此，我們選擇12分鐘為樣品的烘干時(shí)間。

通過PLS偏最小二乘法定標(biāo)模型得到的Zn元素定標(biāo)曲線，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.998。實(shí)驗(yàn)證明這一多變量模型比較適合土壤、沉積物等樣品的定標(biāo)，它可以很好的消除由于樣品組分較為復(fù)雜而產(chǎn)生的基體效應(yīng)導(dǎo)致的誤差。見左下圖。

實(shí)驗(yàn)裝置我們采用EcoChem 激光光譜元素分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LIBS技術(shù)。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-100%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小20-200μm連續(xù)可調(diào)；檢測器譜寬190-1040nm；三維全自動(dòng)工作臺(tái)；樣品室可通入氦氣或氬氣。

本實(shí)驗(yàn)利用EcoChem激光光譜元素分析系統(tǒng)，采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)檢測沉積物中的重金屬鋅元素，確定了鋅元素的特征峰，確定了樣品烘干的時(shí)間，提高了工作效率，利用PLS多變量模型定標(biāo)計(jì)算了含量，結(jié)果較為理想。隨著這一技術(shù)的發(fā)展，今后必將成為新一代沉積物、土壤速測的工具。