有機(jī)食品是一種來(lái)自有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系的食品，在農(nóng)藥和化肥應(yīng)用方面有著嚴(yán)格的限制和要求。生活中我們經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到一些媒體和商家宣傳：有機(jī)食品比非有機(jī)食品具有更高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。部分觀點(diǎn)認(rèn)為有機(jī)農(nóng)業(yè)注重土壤的健康和肥力，使得農(nóng)作物能夠從土壤中吸收更多的養(yǎng)分，有機(jī)蔬菜中的維'生素 'C、鐵、鎂等含量可能比普通蔬菜更高。但事實(shí)真的是如此嗎？美國(guó)密西西比州立大學(xué)清潔能源技術(shù)研究所（ICET）利用激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)對(duì)有機(jī)培養(yǎng)和傳統(tǒng)栽培的花椰菜/西藍(lán)花進(jìn)行了元素成分檢測(cè)與含量分析，探索有機(jī)蔬菜和非有機(jī)產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值差異。

       LIBS技術(shù)是利用脈沖激光激發(fā)待測(cè)樣品表面，產(chǎn)生等離子體，通過(guò)等離子體發(fā)射的光譜波長(zhǎng)和強(qiáng)度信號(hào)，分別獲得待測(cè)元素的種類(lèi)和含量信息。

圖1. 蔬菜中Mg、Fe、Ca、Na、K等元素的特征譜線

       上圖展示了從花椰菜和西蘭花的頂部和莖部部分獲得的光譜中觀察到的不同光譜線。通過(guò) NIST 原子數(shù)據(jù)庫(kù)的幫助，鑒定出了元素 Ca、Mg、K、Na 和 Fe 的原子線，這證實(shí)了 Ca、Mg、K、Na 和 Fe 元素在花椰菜和西蘭花中的存在。

圖 2. 成分差異分析：圖a 和圖 b：展示了有機(jī)和傳統(tǒng)菜花頂部部分的前兩個(gè)主成分（PC1 覆蓋 50% 的方差，PC2 覆蓋 16% 的方差）和第三、四個(gè)主成分（PC3 覆蓋 10% 的方差，PC4 覆蓋 5% 的方差）的得分圖。圖 c：顯示了有機(jī)花椰菜和傳統(tǒng)花椰菜頂部與莖部部分的得分圖。圖 d：呈現(xiàn)了有機(jī)和傳統(tǒng)西蘭花頂部部分的得分圖。

       圖2為有機(jī)培養(yǎng)與傳統(tǒng)栽培條件下花椰菜與西藍(lán)花各部位的成分差異得分（PCA分析）。總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)主成分分析的得分圖，觀察有機(jī)和傳統(tǒng)花椰菜（以及西蘭花）的頂部和莖部部分之間的差異或相似性，整體來(lái)看有機(jī)和傳統(tǒng)栽培造成的差異性并不高。

圖 3. 左圖：有機(jī)和傳統(tǒng)花椰菜頂部部分的 Mg (I) 285.21nm 線強(qiáng)度；右圖：有機(jī)和傳統(tǒng)花椰菜頂部部分的 Mg (I) 285.21nm 線與 Ca (II) 396.84nm 線強(qiáng)度比值的比較

       單元素分析結(jié)果展示了有機(jī)和傳統(tǒng)培養(yǎng)花椰菜頂部部分的 Mg元素相對(duì)定量情況。在 21 周的比較中，有機(jī)花椰菜Mg元素含量更高的次數(shù)為 2 次，傳統(tǒng)栽培花椰菜Mg元素含量更高的次數(shù)為 3 次，沒(méi)有差異的次數(shù)為 16 次，因此大多數(shù)時(shí)候有機(jī)和傳統(tǒng)花椰菜頂部部分的 Mg元素含量沒(méi)有顯著差異。

       LIBS 光譜證實(shí)花椰菜和西蘭花中存在 Ca、Mg、K、Na 和 Fe 元素。大多數(shù)時(shí)候有機(jī)和傳統(tǒng)花椰菜/西蘭花在元素原子線強(qiáng)度方面沒(méi)有顯著差異，但具體情況取決于蔬菜個(gè)體和生長(zhǎng)環(huán)境。有機(jī)和傳統(tǒng)西藍(lán)花的頂部和莖部在光譜線強(qiáng)度和元素濃度方面大多數(shù)時(shí)候也沒(méi)有系統(tǒng)性差異。當(dāng)然，該研究結(jié)果僅基于對(duì)隨機(jī)選擇的花椰菜和西蘭花的持續(xù) 21 周檢測(cè)研究，可能不適用于所有蔬菜。 

       FireFly是歐洲 CEITEC 激光與光譜實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一款基于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，其適用于所有固體和液體樣品，待測(cè)物無(wú)需前處理，測(cè)量近乎無(wú)損傷，一次測(cè)量可獲取樣品所有元素信息。北京易科泰致力于生態(tài)-農(nóng)業(yè)-健康研究監(jiān)測(cè)技術(shù)推廣、研發(fā)與服務(wù)，特別是在高光譜成像技術(shù)、葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)、紅外熱成像技術(shù)、LIBS元素分析技術(shù)、能量代謝監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域與國(guó)際領(lǐng)'先企業(yè)PSI、Specim、Sable、Lightigo等合作，致力于先進(jìn)儀器技術(shù)的引進(jìn)推廣和技術(shù)研發(fā)集成，為科研用戶(hù)提供先進(jìn)設(shè)備規(guī)劃設(shè)計(jì)、技術(shù)方案與系統(tǒng)集成、技術(shù)咨詢(xún)與科技服務(wù)。

易科泰 FireFly LIBS 快速元素分析與成像儀

適用于所有固體樣品

檢測(cè)極限1-100 ppm

空間分辨率10-150 μm

2D元素分布成像測(cè)量和縱深成像測(cè)量；

單次成像掃描面積100 mm×100 mm；

最 大測(cè)量速度100HZ

實(shí)驗(yàn)近乎零'成'本

單次測(cè)量即可得到元素周期表中幾乎所有元素信息，包括：Li、Be、Mg、Na、N、C等

應(yīng)用領(lǐng)域

· 土壤分析：分析土壤樣本中的元素組成，評(píng)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(cè)：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(cè)：監(jiān)測(cè)環(huán)境樣本（如沉積物、大氣顆粒物等）中的元素，評(píng)估環(huán)境污染。

· 生物材料分析：測(cè)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。

· 植物分析：用于植物組織中元素含量的測(cè)定，幫助研究植物營(yíng)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。

1. Bhatt C R, Alfarraj B, Ghany C T, et al. Comparative study of elemental nutrients in organic and conventional vegetables using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS)[J]. Applied spectroscopy, 2017, 71(4): 686-698.

2. Jabbar A, Akhtar M, Mahmood S, et al. Determination of major inorganic nutrients in maize tissues by calibration-free laser induced breakdown spectroscopy[J]. Analytical Letters, 2020, 53(8): 1328-1341.