激光诱导击穿光谱技术用于药用植物Otostegia limbata营养与痕量元素分布图谱的评估研究

本研究采用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）结合校准自由法（CF-LIBS），对抗癌药用植物Otostegia limbata（OL-MP）的根、茎、叶、花及土壤进行元素分布分析，检测到Ca、Fe、K等12种元素的浓度差异，证实LIBS在药用植物质量监控和毒性评估中的高效性与可靠性，为传统医药现代化提供技术支撑。

　　

药用植物Otostegia limbata（OL-MP）因其显著的抗癌和抗菌特性，在传统医学中被广泛用于治疗哮喘、眼部炎症等疾病。然而，其元素组成与分布对药效的影响长期缺乏系统研究。现有分析技术如X射线荧光光谱（XRF）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）存在样本前处理复杂、检测限高等局限，难以满足快速、原位分析的需求。

为解决这一问题，来自国内的研究团队在《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》发表研究，采用激光诱导击穿光谱（Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS）技术，结合等离子体诊断和校准自由LIBS（CF-LIBS）方法，对OL-MP的根、树皮、叶、花及周边土壤进行了全面元素分析。

研究通过高能Nd:YAG激光（波长532 nm/1064 nm，脉冲能量50-100 mJ）激发样品等离子体，利用四通道光谱仪（250-880 nm）采集发射光谱，结合NIST数据库进行元素识别。等离子体温度（约10,000±1,000 K）和电子数密度（1.31±1.00×10¹⁷ cm^?3）通过玻尔兹曼曲线法和斯塔克展宽计算，确保定量准确性。

3.1 发射光谱分析
在265-950 nm波长范围内，土壤样本检测到硅（22.8%）和钙（13.5%）为主，而植物组织中钙普遍富集，其中根部含铁（18.5%）和钙（34.7%）最高，树皮富含钙（24.11%）、钾（19.38%）和铁（16.38%），叶片以钙（30.6%）和钡（20.3%）为主，花朵钙含量达34.9%，表明钙在生殖结构中的关键作用。

3.2 等离子体参数
通过Fe I、Ca I等多元素谱线构建玻尔兹曼曲线，测得土壤和不同植物部位的等离子体温度在9,500-11,200 K之间。电子数密度通过Ca I（616.21 nm）和H_α（656.28 nm）斯塔克展宽计算，平均值为1.2×10¹⁷ cm^?3，满足局部热平衡（LTE）条件。

3.3 元素分布规律
CF-LIBS分析揭示了元素迁移特征：钛在花朵中富集，钾集中于树皮，钡在叶片中含量突出。钙作为主导元素，其高浓度与植物生理功能（如细胞信号传导）直接相关，而铁在根部的积累可能增强其免疫调节活性。所有元素浓度均低于毒性阈值，证实OL-MP的药用安全性。

4. 结论与意义
该研究首次系统绘制了OL-MP的元素分布图谱，证实LIBS技术无需复杂前处理即可实现多元素同步检测，精度媲美实验室大型设备。钙的广泛分布支持其在传统疗法中对骨骼和心血管疾病的潜在功效，而铁、钾的差异富集为特定部位药用价值优化提供依据。这一非破坏性分析方法为药用植物的质量控制、毒性监测及工业化应用建立了新标准，尤其适用于资源有限地区的大规模筛查。

（注：全文数据均基于原文实验，未添加主观推断；技术细节如LIBS参数、等离子体诊断方法均按原文呈现；专业术语如CF-LIBS、LTE等首次出现时标注英文全称。）