1引言

生态地球化学观测的重点是水、土、气、生物中主要元素的成因来源、迁移转化、生态效应、变化趋势等过程，而所有过程的分析都基于研究材料中元素的种类及含量检测。传统的地球化学元素检测多采用等离子体发射光谱法，但此法的样品预处理过程耗时，需要的样品量也较大。

AZ-E0100生态地球化学观测系统基于激光光谱法，在样品表面形成等离子体，光谱检测系统对等离子体光谱进行分析，得到元素的种类及含量。无需样品制备，对样品几乎无损伤、灵敏度高、检测限低，多元素同时分析，数秒内得到分析结果，是地球化学分析领域的一次变革。

2观测系统设计

2.1 目标

AZ-E0100生态地球化学观测系统对土壤、岩层、矿石、植物等材料中的元素进行定性和定量分析，得到材料中元素的组分和含量信息，用于研究地球化学元素富集迁移、地质变迁、地质年代分析，评估矿质资源分布等。

2.2 采样及测量

根据研究的需要，选择具有代表性的岩层样品，带回实验室，需经过多次环氧树脂浸泡和切割，再经研磨、抛光、清洗凉干后，得到纹理清晰的的纵向切片，用透明的环氧树脂粘附在玻璃载片上备用。

将样品置于样品室内，根据需要依结壳层不同生长环带顺序或其他顺序，进行采样。激光剥蚀采样步骤为:一次标准样品，多个样品点;每次样品测定先采集气体空白，之后激光剥蚀样品，采集几个样品数据，激光停止后继续采集空白数据。系统软件在信号采集时同时进行光谱强度统计分析，将结果用于优化采样方法。系统在测量过程中利用标准物对测量过程进行标定。

测量结果可通过多种数据格式保存，并随时调用进行比较分析；系统软件提供多种数据分析工具，如：PCA、PLS、多参数线性回归、化学统计分析等，并将随机样品的谱线与光谱数据库中的谱线进行比较分析。

2.3 观测内容

可检测70多种地球化学元素的含量，检测限达ppm级，具体包括：

¨ 常量元素C，N， P， K， Ca， Mg， S

¨ 微量元素Fe， Cu， Mn， Zn， B.， Mo， Ni， Cl

¨ 痕量元素，可检测化学周期表上几乎所有元素

2.4 系统组成及装置

系统主要由激光发射器及控制装置、光谱检测器、样品室、电脑主机和分析软件等组成。系统激光光源为Nd：YAG激光器，激光脉宽小于5ns，激光能量可控，输出波长为670nm。样品置于样品室内，光束垂直入射到样品表面上，聚焦点尺寸5-500微米可选；CCD检测器可检测的光谱范围为190nm-1000nm。

3数据处理

系统所测数据，结合分析软件可得：

1） 样品中所含元素种类的鉴定；

2） 样品中元素的含量及不同样品不同区域元素种类及含量的比较；

3） 可在同一光谱图叠加不同样品的元素光谱特征曲线，使得样品特征的比较更加直观；

4） 可定位放大特定光谱波段，对特定元素做进一步的研究；

4应用案例

4.1矿石的检测

将硼矿石和硅矿石样品分区，然后分析不同矿石样品不同区域的元素组成特点，如下图所示，从光谱图中可以看出，硅矿石棕色区域、白色区域及硼矿石的Mg的含量依次降低；而对于元素Si，硅矿石的棕色区域远远高于白色区域。系统软件还可进一步分析出以上元素的具体含量。

4.2植物叶片和土壤样品检测

本观测系统对某苹果叶子、面粉、西红柿叶、松树叶、粘土、壤土、沙土样品进行分析，其中，各样品中C、K、Ca、Mn、Al等元素的光谱曲线叠加图如下，通过光谱强度的比较，可以清晰的看出不同样品不同元素含量的比较：

4.3 土壤碳检测

在美国北部某一农场采集土壤样品，使用本系统和常规分析法分别进行土壤碳的检测，并将所测结果进行相关性分析，其分析结果如下，从中可以看出本系统所测247.85nm处光谱峰强度的大小与常规法所测碳含量呈直线相关。

5参考文献

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