四川大学段忆翔课题组：激光烧蚀微波等离子体系统（LA-MPT-OES）实现大米中镉、汞、铅、铬的高灵敏度检测

近日，四川大学分析仪器研究中心与成都艾立本科技有限公司在激光剥蚀微波等离子体炬分析系统应用研究取得进展。相关研究成果以“High sensitive detection of Cd, Hg, Pb and Cr in rice based on LA-MPT-OES with optimized excitation regions by two-dimensional characterization of plasma plume”为题发表在食品科学领域顶级期刊Food Chemistry。该论文第一作者为博士生曾令伟，通讯作者为高级工程师代渐雄博士、段忆翔教授，四川大学分析仪器研究中心为第一完成单位和通讯单位。

创新研究

大米是全球75%人口的主要食物，其中重金属如镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）和铬（Cr）的快速、高灵敏检测对于食品安全至关重要。常用的元素检测技术常常具有诸如需要复杂的样品预处理及消解过程、仪器运行成本高或检出灵敏度低等不足，开发一种能够直接检测固体样品、高灵敏度、经济性好的分析系统，对于大米中重金属的快速、灵敏检测具有重大意义。

四川大学分析仪器研究中心段忆翔教授团队长期开展在线、现场分析方法和分析仪器的研发，围绕微波等离子体炬关键技术性难题开展了深入研究。本研究构建了激光烧蚀微波等离子体炬光谱发射光谱（LA-MPT-OES）分析系统，并对不同元素在等离子体内的激发行为从其在等离子体中的激发高度和宽度开展了二维表征，明确了各元素的最佳分析区域，建立了针对大米中镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）和铬（Cr）快速、高灵敏的检测方法。该系统实现了固体样品的直接采样，避免了复杂的样品预处理过程。通过对不同元素在等离子体火焰内激发行为的研究，明确了元素之间激发过程的差异性及各元素的最佳检测区域。与其他技术相比，LA-MPT-OES具有相当甚至更低的检测限，达亚微克/克级别。同时，作者采用实际样品对该方法的实用性进行了考察，其检测结果与标准值之间无显著性差异，表明LA-MPT-OES在实际样品分析中具有良好的准确性和稳定性。需要指出的是，该系统结构简单，等离子体炬功率仅为200 W，所用气体流量不超过1 L/min，在现场、快速分析领域具有极大的应用潜力。

综上所述，LA-MPT-OES具有直接固体采样、高灵敏度、低气体消耗和低功率消耗的优势，可适用于大米样品的直接、快速、高灵敏度检测，在食品安全领域具有广阔的应用前景。

图1.各元素在不同位置的光谱及采样时等离子体羽流的表征(a) Cd、Cr、Pb和Hg在不同位置的光谱。(b) 等离子体羽流的照片。(c) 采样时等离子体羽流的元素成像及各元素在二维平面上等离子体羽流中的信号强度。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0308814624015000

课题组介绍

四川大学分析仪器研究中心（RCAI）

      注重多学科交叉，重点研究分析化学新技术、新方法和新仪器。研究领域包括非侵入式医学诊断；新型质谱离子源与生物质谱技术；新型生物传感器及光纤传感技术；激光光谱和等离子体光谱分析技术与仪器；以及便携式分析仪器的研发。