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【技术应用】大豆主要矿质元素富集原位分析

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大豆是我国重要的经济作物。大豆的营养成分相对全面,尤其是蛋白质的含量。另外,大豆中的矿质元素含量也十分丰富。不但有人体所需的无机盐,如Ca,Mg,K,P等,还含有丰富的微量元素,如Cu,Fe,Zn,Na,Mn等。

之前人们对大豆矿质元素的影响研究相对较少,但是矿质元素在人体发育以及新陈代谢中发挥着巨大的作用。针对大豆的成分进行分析可以更好的了解矿质元素对作物的影响。微量元素对人体健康很重要,例如缺少Fe元素人体会贫血。另外,一些重金属元素含量超标又会产生不良的影响,甚至有致癌的作用。本文针对大豆的主要矿质元素富集情况进行原位分析,以了解大豆种子中元素的分布情况。

近年来激光诱导击穿光谱(LIBS)技术作为一种新兴的元素检测和分析技术已经广泛的应用于生态样品测量、种质资源鉴定、珠宝、地质及工业等诸多领域。当激光作用于样品表面时,在极短的时间内诱导产生含有样品物质信息的等离子体。通过对等离子体发出的光谱进行收集分析,建立光谱与元素一一对应的关系。由此可以检测出元素周期表中的大部分元素,检测限可达ppm级。通过标准物质定标后可以进一步得到元素的含量信息。

实验装置我们采用EcoChem 激光光谱元素分析系统。激光能量25mJ@266nm,能量输出0-100%可调;重现率20Hz,脉宽<6n;光斑大小20-200μm连续可调;自动双光闸,稳定控制激光能量和LIBS信号;检测器谱宽190-1040nm,光谱精度±0.05nm,门延迟0.5ns-1ms,分辨率0.5ns;样品自动高度调整的功能;三维全自动工作台;样品室可通入氦气或氩气。

取籽粒饱满的转基因大豆种子,沿中心切开,做内部表面的元素分布扫描。实验时为了得到更好的信号,我们采用0.3μs为延迟时间,80%能量输出,光斑100μm,10次脉冲的信号累加。

大豆样品

 大豆主要矿质元素特征谱线

通过元素分布分析,一次性得到了各主要元素的富集分布结果,如下图所示。暖色部分表示元素含量高,冷色部分表示元素含量低。

K、Na元素主要富集在子叶的芯部和外围种皮

含量较高,Si元素分布较均匀

C、Ca、Mg元素在胚芽、胚轴处

富集比较明显,左侧远离种脐处富集相对较多

H、O元素分布不均

左侧远离种脐处富集较多,胚芽、胚轴处也有富集

N元素分布不均,左侧远离种脐处富集较多

重金属Cd元素的分布不均,主要富集在上半部及胚芽处

通过本实验,我们对大豆的主要矿质元素富集情况进行了原位分析,了解了大豆种子中不同元素的分布富集情况。我们还可以进一步分析不同大豆种子的元素分布情况,甚至可以结合土壤中的微量元素一起测量,以了解土壤中微量元素与植物体、种子之间元素含量和富集情况的关系。更好的指导精准施肥,改善作物品质等。

激光诱导击穿光谱技术作为一种新兴的、快速的、微损的微区化学分析技术,是目前传统仪器的一个很好的补充,有着传统仪器所不具备的更多功能。随着这一技术的发展,它必将在生态元素分析领域发挥越来越重要的作用。

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