激光诱导击穿光谱法用于夹竹桃多元素分析及原子吸收光谱验证

《Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy》：Laser-induced breakdown spectroscopy for multi-elemental analysis of Nerium oleander with atomic absorption spectroscopy validation

　　

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  使用基于校准的 LIBS 对夹竹桃进行定量多元素分析。
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  优化的 Q 开关 Nd:YAG 激光器 (532 nm) 实现了对植物组织的快速和微创元素分析。
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  元素指纹通过不同的元素积累模式区分了根、茎、叶和花。
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  LTE 和光学薄等离子体诊断确保了可靠的定量测量，自吸收可忽略不计。
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  LIBS-AAS 对比分析显示一致性极佳，相关系数接近 99.9%。

引言

激光诱导击穿光谱法 (LIBS) 是一种可靠的光谱化学方法，几乎不需要样品预处理即可分析各种物质在任意状态下的化学成分 [1]。由于其同时多元素检测、快速分析以及对多样化样品基质适用性的能力，LIBS 已被广泛应用于环境、生物、食品和药用植物研究中的元素表征 [2], [3], [4]。近年来，由于 LIBS 能够以最小程度破坏样品基质的方式进行快速多元素分析，它在生物和植物相关研究中引起了极大关注 [5]。该技术已成功应用于药用植物、农产品、食品材料、土壤和生物组织的元素分析 [6], [7], [8]。与常规分析方法如原子吸收光谱 (AAS) [9]、电感耦合等离子体发射光谱 (ICP-OES) [10] 和 X 射线荧光光谱 (XRF) [11] 相比，LIBS 具有几种实际优势，包括快速光谱采集、几乎或无需化学预处理、同时检测多种元素以及适用于实时分析。这些特点使 LIBS 特别适用于筛选需要快速元素评估和质量评价的药用植物。传统分析技术，包括高效液相色谱 (HPLC) [12] 和 X 射线荧光光谱 [11]，已被广泛用于元素表征；然而，它们繁重的样品制备方案不仅可能改变目标的真实化学特征，还会损害数据可靠性——尤其是在检测微量污染物水平时。另一方面，LIBS 能够实现快速直接的元素分析，同时保持可接受的分析准确性。此外，LIBS 同时检测主量和微量元素的能力使其非常适合复杂的生物基质。由于这些优势，LIBS 已被有效地应用于环境研究、土壤重金属检测、食品分析、法医调查以及各种生物样品的分类。

夹竹桃是夹竹桃科的一种常绿观赏灌木，广泛分布于热带和亚热带地区，包括巴基斯坦开伯尔 - 普什图省的各种地区及其他地区，在那里它常被种植为观赏和药用植物。该植物以其药用意义及毒理学特性而闻名 [13], [14]。该植物的不同部位传统上被用于民间医学治疗心脏疾病、癌症、细菌感染、哮喘、皮肤病、消化问题和炎症 [15], [16]。来自开伯尔 - 普什图省的民族植物学报告还表明其花朵在传统兽医疗法中的应用 [17]。然而，该植物还含有剧毒强心苷，如夹竹桃苷，若不受控制地摄入可能产生严重毒性效应 [18]。由于其药用和毒理学双重特性，对夹竹桃进行准确成分和元素评估在科学上对于评估其治疗相关性、毒性特征和整体生化特性具有重要意义。尽管 LIBS 此前已被应用于各种生物和药用植物材料的元素研究，但针对夹竹桃不同解剖部位的基于标准校准曲线的 LIBS (SCC-LIBS) 结合 AAS 验证的综合定量多元素分析仍然缺乏充分探索。特别是，尽管该植物物种具有药用和毒理学重要性，但在优化的 LIBS 条件下对来自巴基斯坦的夹竹桃的根、茎、叶和花进行比较元素评估的关注度有限。

为了解决这些局限性，本研究使用基于标准校准曲线的 LIBS (SCC-LIBS) 结合局部热力学平衡 (LTE) 和光学薄等离子体条件下的等离子体诊断，对夹竹桃进行了系统的定量多元素研究。从 LIBS 获得的元素浓度进一步使用原子吸收光谱进行验证，以评估所提议方法的分析可靠性和准确性。因此，本研究展示了 LIBS 作为一种快速、可靠且微创的分析技术，适用于药用重要且有毒植物物种元素分析的适用性。

本研究旨在利用激光诱导击穿光谱 (LIBS) 对夹竹桃的不同解剖部位进行系统的元素研究。特别强调通过基于标准校准曲线的 LIBS (SCC-LIBS) 方法进行定量多元素分析。此外，通过确定局部热力学平衡 (LTE) 条件下的电子温度 (T) 和电子密度 (N_e)，对等离子体特性进行了评估。此外，标准 AAS 研究被用于交叉验证 LIBS 结果，结果显示一致性极佳，证明了 LIBS 适用于夹竹桃及相关植物基质快速元素分析的有效性和适用性。

章节摘要

样品收集和分析制备

夹竹桃植株取自巴基斯坦开伯尔 - 普什图省白沙瓦区。将单个植物器官分离、清洁，并用自来水清洗，然后用蒸馏/去离子水清洗，以消除灰尘和附着土壤颗粒。样品编码如表 1 所示。

为获得植物样品的干质量，这些样品在分析前经过彻底干燥过程。然后将每个组分研磨成细粉。最终样品

结果与讨论

为定性和定量地评估样品组成，分析了 LIBS 谱线的积分强度。此表征是在光学薄 (OT) 等离子体状态和本地热力学平衡 (LTE) 占主导的基础假设下进行的。光学薄等离子体 (OTP) 的元素成分反映了目标材料的组成。此外，在局部 LTE 条件下，物种的分布跨

结论

本研究利用激光诱导击穿光谱 (LIBS) 研究N. oleander 四个核心成分（叶、花、茎和根）的定性和定量化学组成。使用玻尔兹曼图法估算电子温度，而斯塔克展宽用于计算电子数密度，定义了核心等离子体参数。通过 H_α 发射线观察到的可忽略的自吸收效应证实了光学薄等离子体条件

资助

本工作由沙特阿拉伯费萨尔国王大学研究生院和科学研究副校长办公室科学研究处支持 (项目编号：KFU264206)。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的相互竞争的经济利益或个人关系，这些利益或关系可能看起来会影响本论文中报告的工作。

伊姆兰·雷汗|穆罕默德·阿米尔