農田土壤的重金屬主要包括鎘、汞、鉛、鉻和砷等生物毒性顯著的元素。土壤中過量重金屬會可引起植物生理功能紊亂、營養失調，鎘元素還會富集在作物籽粒中，因此我們以鎘（Cd）元素為例研究其快速檢測手段及評價方法。
 

 對于鎘元素的檢測目前主要的方法是電感耦合等離子體原子發射光譜法，等離子體質譜法，火焰式原子吸收光譜法，分光光度計比色法等。這些傳統方法雖然結果較為理想，但是需要長時間和復雜的前處理過程，樣品也不能重復使用，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，可以實時檢測元素的方法。激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術是一種新興的元素檢測和分析技術。當激光作用于樣品表面時，在極短的時間內誘導產生含有樣品物質信息的等離子體。通過對等離子體發出的光譜進行收集分析，建立光譜與元素一一對應的關系。由此可以檢測出元素周期表中的大部分元素。
 

 取農田土壤樣品為實驗樣品，將樣品烘干、研磨后壓片。壓力15噸，保壓時間5分鐘。為了得到更好的信號，我們選取0.4us為測試延遲時間，100%能量輸出，20次脈沖累加。經過查詢系統內置的ElementLIBS元素識別數據庫，得知Cd元素的特征強峰位于340.565nm。通過實驗，盡管土壤中實際Cd元素的含量非常低，但是Cd元素的峰值信息依然清晰可見，達到了檢測的要求。見左下圖。

取土壤樣品GBW-07401, GBW-07402, GBW-07408, GBW- 07410, GBW- 07411作為標準樣品進行定標曲線的制作，實驗參數同上，如右上圖所示。所選取的土壤樣品與待測農田土壤樣品非常接近，經過擬合后，相關系數可達0.996。可以作為后期實際元素含量預測之用。
 

 為了驗證標準曲線的準度，我們取GBW- 07411的第二實驗測點的已知數據進行數據反演。先后測量3次取平均，結果的相對偏差為3.457%。達到了我們對準度的預期。見下圖。

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最后我們根據制作好的標準曲線，進行實際農田待測土壤的Cd元素含量預測計算，實際結果如右上圖所示。測量的結果，樣地中Cd元素的含量均小于0.3mg/kg。結果表明，農田土壤中Cd元素的含量未超過國家頒布的《土壤環境質量標準》(GB 15618－1995)中二類土壤標準0.6mg/kg。也同時證明了該方法可以檢測出鎘元素以及其他微量甚至痕量的重金屬元素。
 

 實驗裝置我們采用EcoChem 激光光譜元素分析系統，該系統采用LIBS技術。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-100%可調；重現率20Hz；光斑大小20-200μm連續可調；檢測器譜寬190-1040nm；三維全自動工作臺；樣品室可通入氦氣或氬氣。

 

本實驗利用EcoChem激光光譜元素分析系統，采用激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術檢測農田土壤中的重金屬鎘元素，并利用系統內置的多元變量光譜定量法分析計算元素含量。快速準確，檢測限低，可進行微量甚至痕量元素的檢測。隨著這一技術的發展，今后必將成為新一代的土壤速測必備工具，為我國的土壤研究發揮其更大的功效。