基于激光誘導擊穿光譜技術(shù)的中藥材檢測研究

緒論1.1研究背景和意義隨著科技的不斷發(fā)展，人們對中藥材的檢測和質(zhì)量控制要求越來越高傳統(tǒng)的中藥材檢測方法存在一些問題，如試劑成本高、操作繁瑣、檢測時間長等。而激光誘導擊穿光譜技術(shù)(Laser-InducedBreakdownSpectroscopy,LIBS）由于其非破壞性、快速精準等特點，在材料分析和檢測等領(lǐng)域廣泛應用。通過近幾年的研究發(fā)展,LIBS技術(shù)越來越成熟,同時也成為了一個研究熱點,重點研究轉(zhuǎn)向了如何提高靈敏度和精確度，如何減少或消除基體效應等REF_Ref9268\r\h[1]。近年來，越來越多的學者將LIBS技術(shù)應用于中藥材檢測中，為中藥材的質(zhì)量控制提供了一種新的手段。中藥材是應用廣泛的一種中藥形式，具有多種藥理作用。然而，由于中藥材的藥材來源廣泛和生長環(huán)境的不同，在品質(zhì)上存在很大起伏，同時還存在可能受到外界污染的風險。因此，對于中藥材的質(zhì)量檢測具有非常重要的意義。激光誘導擊穿光譜技術(shù)是一種在最近幾年發(fā)展起來的無創(chuàng)傷檢測技術(shù)，它具有高精度、高靈敏度、不需要或者很少的樣品處理等優(yōu)勢，已經(jīng)被用于多個領(lǐng)域的材料表征和檢測中。因此，將激光誘導擊穿光譜技術(shù)應用到中藥材的檢測中，可以提高中藥材檢測的準確度和效率，減少對樣品的損傷和污染。中藥在臨床上用于多種疾病的治療。它的主要原料是自然植物，礦物，動物，還有一些生物，化學物質(zhì)。中國人在中醫(yī)藥領(lǐng)域的研究已有數(shù)千年的歷史。最近幾年，由于中藥在醫(yī)藥領(lǐng)域的需求量越來越大，中藥也逐漸成為了國內(nèi)外的一個研究熱點REF_Ref25288\r\h[2]REF_Ref25304\r\h[3]。然而，隨著近幾年現(xiàn)代醫(yī)學和分析技術(shù)的飛速發(fā)展，人們逐漸意識到，在人體中，存在著大量的微量元素，它們不僅對人體的正常發(fā)育起著重要的作用，而且還會對其他的生命活動產(chǎn)生很大的影響。在不同的地區(qū)，由于氣候、水質(zhì)、土壤等因素的差異，其所產(chǎn)的中藥中的元素含量也有很大的差別，另外，受“三廢”、機動車尾氣、城市生活垃圾和農(nóng)藥化肥等重金屬的影響，有些地方的中藥中的重金屬含量已經(jīng)超過了標準，這也成為了影響我國中藥出口的一個重要因素REF_Ref25408\r\h[4]。因此，發(fā)展一種能夠?qū)χ兴幖爸破分形⒘吭剡M行精確測定，并對其質(zhì)量安全進行評價的快速方法具有重要意義。1.2LIBS技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀LIBS技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)將近六十年了。早在二十世紀60年代,Brech和Cross就已經(jīng)成功研發(fā)出了世界上最早的紅寶石激光器，并將其應用到了LIBS技術(shù)的研究中。兩年后，對激光誘導擊穿譜進行了研究。七十年代初期，隨著調(diào)Q激光的問世，激光誘導擊穿光譜技術(shù)的發(fā)展速度大大加快，并在生物醫(yī)學、鋼材等方面得到了廣泛的應用。自八十年代以來，伴隨著LIBS技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)出了雙脈沖LIBS，中階躍光譜以及CCD檢測器。1999年，A.CIUCCI和M.CORSI等人提出了一種以自由定標法為基礎(chǔ)的LIBS技術(shù)（CF-LIBS）REF_Ref25448\r\h[5],雖然CF-LIBS的定量準確率仍然很高，而且還必須對其影響因素展開進一步的討論，但是，CF-LIBS也克服了其它技術(shù)和方法在樣本處理過程中所面臨的某些問題，因此，CF-LIBS有著很好的發(fā)展?jié)摿?。不僅使LIBS的測定準確度得到了進一步的提高，也使其應用范圍得到了進一步的拓展，此方法不用事先畫出標準曲線，所以對于某些因基質(zhì)復雜而不能制備標準試樣的物質(zhì)，這種方法有極大的優(yōu)越性。CF-LIBS可以有效地克服基體效應，利用CF-LIBS方法可以直接檢測待測樣品的成分及成分含量，并在NIST數(shù)據(jù)庫中查到計算過程中的參數(shù)REF_Ref103353987\r\h[6]，進行定量計算。在二十一世紀初期，集成的LIBS設(shè)備的出現(xiàn)，加速了將激光誘導擊穿光譜技術(shù)用于工業(yè)，并首次用于煤炭行業(yè)。同一年，NASA對LIBS技術(shù)進行了論證，并將其正式列入了200年的火星探測任務中REF_Ref25510\r\h[7]。激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術(shù)在中藥材中的應用還處于起步階段，國際上很少有將激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術(shù)應用到中藥材中進行定性定量的研究，我國在這一領(lǐng)域的科研人員也很少，雖然取得了一定的進展，但是離其商業(yè)化的儀器形態(tài)還差得很遠。國外學者主要關(guān)注LIBS技術(shù)在中藥材成分檢測、真?zhèn)舞b定等方面的應用；國內(nèi)學者則更注重LIBS技術(shù)在中藥材中金屬元素、有機成分等的定量檢測和鑒別方面的研究。大連理工大學的丁洪斌等人研究了激光產(chǎn)生的等離子體動力學;上海交通大學的俞進等人對潤滑油中的LIBS技術(shù)及其元素檢測性能進行了研究;清華華南科技大學陸繼東教授等將激光誘導擊穿光譜法用于煤質(zhì)的分析；中國海洋大學的鄭榮兒等人關(guān)于LIBS在水體中檢測重金屬的應用。總而言之，LIBS技術(shù)的應用范圍很廣，不僅可以用于化學分析、質(zhì)量檢測、污染監(jiān)測等領(lǐng)域，還能夠在醫(yī)學領(lǐng)域中發(fā)揮獨特的作用。這一技術(shù)的發(fā)展前景非常廣闊，未來值得進一步探究和研究。?中藥材是中國傳統(tǒng)醫(yī)學的重要組成部分，被廣泛應用于疾病的治療和健康的保健。中藥材富含人體所需的多種元素，因此對中藥材的種類、真?zhèn)?、產(chǎn)地展開鑒別具有重要的意義。為了保證中藥材的質(zhì)量和安全性，需要進行嚴格的檢測和分析。

LIBS技術(shù)是一種新興的光譜分析技術(shù)，可以實現(xiàn)對中藥材的定性與定量分析研究。采用主成分分析法、判別函數(shù)分析法、聚類分析方法可以對中藥材的產(chǎn)地進行判別分析，從而確保中藥材的質(zhì)量和安全性。同時，LIBS技術(shù)可以檢測中藥材中的元素含量，如炒澤瀉中Mg、P、Ca、Mn、Fe等9種元素相對于C的含量，為中藥材的分析提供了新的方法。除此之外，LIBS技術(shù)還可以用于檢測中藥材中的重金屬污染情況，其檢測結(jié)果可行。這對于中藥材的質(zhì)量和安全性的保障具有重要的意義。同時，由于LIBS技術(shù)具有非接觸、無損、快速、高靈敏度和高分辨率等優(yōu)點，可以在保證中藥材質(zhì)量和安全的同時，提高工作效率和減少檢測成本。研究人員一直在探索使用激光誘導擊穿光譜（LIBS）來分析中藥材中的重金屬元素。王金梅及其同事使用LIBS測量了川芎中的銅（Cu）和鉛（Pb）的含量。他們發(fā)現(xiàn)Cu的檢測限是15.7微克/克，Pb的檢測限是6.3微克/克。該小組還使用多元線性回歸法定量分析了川芎中的Cu和Pb，實驗表明，這種方法適合于分析中藥材中的重金屬元素。在另一項研究中，鄭培超及其同事利用LIBS光譜法收集了來自杜甫、丹參和川芎不同產(chǎn)區(qū)的數(shù)據(jù)。他們使用主成分分析（PCA）結(jié)合線性判別分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）方法來分析和識別這三種藥材的產(chǎn)區(qū)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)杜仲、黨參和川芎的產(chǎn)區(qū)識別率分別為99.89%、95.83%和99.85%，表明LIBS技術(shù)結(jié)合PCA和ANN算法可以有效識別中藥材的產(chǎn)區(qū)。李曉娟及其同事還利用LIBS技術(shù)，采用單脈沖和雙脈沖激光誘導光譜技術(shù)分析了青海的Cu元素。實驗表明，雙脈沖技術(shù)更適用于定量分析清浩中的元素。?總的來說，這些研究表明LIBS光譜技術(shù)有潛力作為分析重金屬元素和識別中藥材產(chǎn)區(qū)的工具。需要進一步的研究來探索這項技術(shù)在傳統(tǒng)中藥領(lǐng)域的全部潛力。LIBS技術(shù)在中藥材的分析檢測中具有重要的應用價值，可以為保證中藥材的質(zhì)量和安全性提供新的方法和手段。未來，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，LIBS技術(shù)將在中藥材的分析檢測領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。1.3本文主要研究內(nèi)容本文是基于LIBS技術(shù)對中藥材的檢測研究。由四個章節(jié)構(gòu)成，主要分析內(nèi)容與結(jié)構(gòu)如下：第一章是導論部分，主要闡述了本課題的研究背景、研究意義，簡要地介紹了LIBS技術(shù)的起源與發(fā)展，并對當前國際上LIBS技術(shù)的研究現(xiàn)狀進行了綜述。第二章主要介紹了該方法的基本原理，并給出了該方法的實驗裝置。首先介紹了激光誘發(fā)擊穿光譜法的基本原理，接著介紹了該光譜法的設(shè)備是由什么構(gòu)成的，并介紹了各個設(shè)備的功能。第三章利用激光誘導擊穿光譜技術(shù)對所選擇的中藥材進行了檢測，并結(jié)合NIST數(shù)據(jù)庫推斷出各中藥材所含元素,并將它們的特殊譜線進行對比分析。第四章對全文進行了總結(jié)并對LIBS技術(shù)在中藥材領(lǐng)域的應用作了簡單的展望。2LIBS理論基礎(chǔ)和實驗系統(tǒng)2.1LIBS技術(shù)原理激光誘導擊穿光譜技術(shù)（LIBS）是美國阿拉莫斯國家實驗室的大衛(wèi)·克雷默團隊于1962年首次發(fā)明并研制成功的一種以激光等離子體為基礎(chǔ)的原子發(fā)射光譜技術(shù)REF_Ref25598\r\h[8]。隨著光譜化技術(shù)的發(fā)展，激光誘導擊穿光譜法在許多領(lǐng)域都得到了廣泛的應用。等離子體的產(chǎn)生，主要是建立在在高溫系統(tǒng)中，粒子之間的相互碰撞上，在等離子體中，在激發(fā)態(tài)的粒子向低能尺度或基態(tài)躍遷時，會以光子流動的形式，發(fā)射出特征光譜。激光誘導等離子體輻射光譜主要是產(chǎn)生于分立能量尺度區(qū)的電子躍遷現(xiàn)象,在等離子體產(chǎn)生初期就可以發(fā)射出很強烈的連續(xù)背景光譜REF_Ref10221\r\h[9]。等離子體是一種高溫、高電離狀態(tài)下的物質(zhì)形態(tài)，它在自然界和實驗室中都有廣泛的應用。初期等離子體的形成會構(gòu)成連續(xù)背景光譜，內(nèi)部處于高溫和高電離狀態(tài)。這種光譜是由復合輻射和韌致輻射形成的，是等離子體內(nèi)的本底頻譜。然而，連續(xù)背景輻射只存在于等離子體形成的初級階段，隨著時間的推移，它的強度會逐漸減弱。這是因為等離子體內(nèi)的電子會逐漸被加速并躍遷到更高的能級，形成分立譜線，而不是連續(xù)背景光譜。在等離子體膨脹過程中，連續(xù)背景射線的光譜強度會逐步保持穩(wěn)定，特征光譜中以分立譜線占主導地位。這是因為隨著等離子體不斷膨脹，其密度和溫度會逐漸降低，電子會逐漸冷卻并躍遷到更低的能級，形成分立譜線。這些分立譜線是特征光譜，可以用來確定等離子體的成分和溫度?？傊?，等離子體的光譜變化是一個復雜的過程，在不同的階段會有不同的特征。了解等離子體的光譜變化對于研究等離子體物理和應用具有重要意義。如下圖2-1是研究了等離子體中階躍遷能級的變化。圖2-1激光等離子體中原子、離子的躍遷示意圖LIBS技術(shù)的工作原理REF_Ref25679\r\h[10]是：采用了一種新型的高功率、高功率、低功率的高功率激光，通過聚焦鏡頭將其聚焦，再將其照射到試樣上，得到激光等離子體；我們可以通過譜線的波長，在NIST的資料庫中找到與之相匹配的譜線，并將其與之相關(guān)的光譜圖，與之相匹配，從而實現(xiàn)對樣品中各種成分的定性與定量分析。激光誘導擊穿光譜技術(shù)是一種光譜分析技術(shù)，該技術(shù)的基礎(chǔ)是由于分子、原子的能量水平不同，所產(chǎn)生的光譜譜線也不同，原子、分子的光譜都有特定的指紋特征，因此，通過分析和鑒別譜線的波長，可以對樣品組成進行定性和定量分析REF_Ref25709\r\h[11]。激光誘導產(chǎn)生等離子體的過程非常復雜REF_Ref103354215\r\h[12]，描述并處理等離子體的原子、離子光譜更是一項繁雜的工作。2.2實驗系統(tǒng)2.2.1中藥材樣品本次實驗選取了杜仲、白術(shù)、防己、山藥、黃芪、當歸六種中藥材作為實驗分析對象，下面為實物圖。圖2-2中藥材樣品實物圖它們所含有的元素種類如下表：表2-1中藥材樣品主要元素中藥種類元素種類杜仲C、H、O、N、K、Ca、Mg、Na、Fe白術(shù)C、H、O、N、K、Ca、Mg、Na、Fe、Si防己C、H、O、N、K、Ca、Mg、Na、Fe、Si山藥C、H、O、N、K、Ca、Mg、Na、Fe黃芪C、H、O、N、K、Ca、Mg、Na、Fe、當歸C、H、O、N、K、Ca、Mg、Na、Fe、Si2.2.2實驗裝置原理圖2-3是由激光器、光譜儀、光收集器、電腦、光學系統(tǒng)、樣品臺置等構(gòu)成的LIBS試驗系統(tǒng)的原理圖。在使用系統(tǒng)的時候，首先，將激光焦點與靶材表面的位置關(guān)系調(diào)整好，最后設(shè)定激光的能量，激光通過光路集中到被測物體的表面，使被測物體被燒蝕，得到等離子體的光譜;由一個延遲裝置發(fā)出的一個觸發(fā)信號來啟動光譜儀，將該光譜采集到的光譜儀中，然后由計算機的光譜儀采集到該光譜儀中的光譜。 圖2-3LIBS裝置示意圖2.2.3激光器本次研究所使用的實驗設(shè)備為鐳寶光電子科技有限公司生產(chǎn)的Nd:YAG型Dawa-300固態(tài)激光器REF_Ref25787\r\h[13]，它是一種高功率激光器，適用于多種應用領(lǐng)域，比如工業(yè)加工、醫(yī)療器械、科學研究等。該激光器采用Nd:YAG晶體做激活物質(zhì)，利用透過和反射兩種模式進行工作。激光器實物圖如下圖2-4所示。圖2-4激光器設(shè)備Nd:YAG型Dawa-300固態(tài)激光器是一種高功率激光器，其具有以下特點：1.光束質(zhì)量好，輸出穩(wěn)定：采用高品質(zhì)光束轉(zhuǎn)換器，輸出光束質(zhì)量好，光斑穩(wěn)定，光束衍射角小。2.高功率輸出：最大輸出功率可達300W，能夠滿足大部分材料加工需求。3.長壽命：采用高品質(zhì)的光學元件和封裝技術(shù)，保證激光器的長期穩(wěn)定性和壽命。4.易于維護：模塊化設(shè)計使維護和更換零部件變得簡單和快捷，降低了成本。5.具有全數(shù)字化控制系統(tǒng)：可以實現(xiàn)遠程控制、自動化的操作和數(shù)據(jù)傳輸，提高了生產(chǎn)效率和精確度?？傊?，Dawa300型NdYAG固體激光器是一款高性能的激光器，可以廣泛應用于工業(yè)制造領(lǐng)域，是一種可靠、穩(wěn)定、高效的激光加工設(shè)備。激光器參數(shù)如下表所示。表2-2Nd:YAG固體激光器參數(shù)性能參數(shù)輸出波長1064nm輸出能量300mJ重復頻率1-10Hz脈沖寬度<7ns光束發(fā)散角1mrad光斑直徑7mm能量穩(wěn)定性1%下圖2-5為Dawa-300Nd:YAG激光器的控制面板，可以設(shè)置輸出電壓和頻率等參數(shù)。本實驗輸出電壓設(shè)置為680V，頻率設(shè)置為1Hz，也就是圖中的10/10。圖2-5激光器控制面板2.2.4光譜儀本次研究所采用的實驗裝置是AVANTES光譜儀REF_Ref25833\r\h[14]，它能夠以很高的速度對光譜進行測量和分析，從而可用于光譜分析、色譜分析、質(zhì)譜分析、光學顯微鏡、生物醫(yī)學、天文學、材料科學等領(lǐng)域。本產(chǎn)品有多款規(guī)格可供選擇，可滿足不同的應用要求。它的主要特點包括：波長可調(diào)、多元素測試、快速數(shù)據(jù)輸出、高性能穩(wěn)定性、易于操作等。它能夠用USB接口與計算機進行連接，同時還能夠?qū)Ω鞣N軟件程序和操作系統(tǒng)進行支持，為用戶提供了豐富的數(shù)據(jù)分析和處理功能。其實物圖如下圖2-6所示。圖2-6光譜儀設(shè)備其通道名稱對應波長檢測范圍如下表所示：表2-2光譜儀通道參數(shù)通道名稱波長檢測范圍1907309U3200-315nm1907310U3312-418nm1907311U3417-500nm2012330U3497-603nm2012331U2600-704nm2012332U3702-896nm 2.2.5光學系統(tǒng)包括反射鏡、聚焦透鏡、光纖和光收集器。光收集器構(gòu)成光纖探頭，以保證全部的光譜波段被收集并聚焦耦合到光纖內(nèi)并傳輸?shù)诫娔X內(nèi)REF_Ref25866\r\h[15]。實物圖如下圖2-7。圖2-7光學系統(tǒng)實物圖3LIBS技術(shù)對中藥材元素實驗分析3.1中藥材LIBS技術(shù)特殊譜線分析在激光誘導擊穿光譜技術(shù)中，待測物質(zhì)往往是多個元素組成，其譜圖較為復雜，往往有數(shù)十條甚至數(shù)百條的原子離子譜線。在LIBS分析過程中，要實現(xiàn)對樣品中各種元素的定性、定量，必須先對譜線進行鑒別，這是LIBS分析的一個重要環(huán)節(jié)。然而，在實際的實驗測定過程中，譜線極易發(fā)生自吸性、自蝕性和鄰近譜線間相互干涉等問題。因為譜線的形狀對我們從譜線中提取出的信息有直接的影響，所以在篩選譜線時一般應遵守如下原則REF_Ref25911\r\h[16]：(1)更分散的譜線相互不干擾;(2)譜線無顯著的自吸性和自蝕性;(3)譜線通常是一條無共振的線；(4)譜線大致是軸對稱的線形。實驗時首先，激光器產(chǎn)生一束高能激光，通過聚焦鏡頭，將其聚焦在樣品表面，形成激光等離子體；同時，通過時序控制，使其在樣品的三維運動平臺上，使每一束激光都能到達一個新的位置，以保證其穩(wěn)定性；在通過光譜儀對其進行分光，然后通過時序控制，啟動探測器對其進行檢測和記錄，最終實現(xiàn)對LIBS光譜的測量和數(shù)據(jù)收集REF_Ref25944\r\h[17]。白術(shù)主要含有淀粉、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)等多種元素，其中的淀粉類物質(zhì)可以起到促進腸胃蠕動、增加食欲等作用，還可以調(diào)節(jié)身體能量代謝，增強體力，減輕疲勞等。此外，白術(shù)還含有揮發(fā)油和苦味酸類等成分，對于調(diào)節(jié)腸道菌群、增強免疫力等方面也有一定的作用?？傮w來說，白術(shù)具有補氣養(yǎng)血、健脾開胃、利濕消腫、益腎固精等功效，對于調(diào)節(jié)身體機能、增強體質(zhì)、預防疾病具有一定的幫助。如圖所示為通過Origin數(shù)據(jù)分析軟件REF_Ref25980\r\h[18]得到的白術(shù)樣品的元素特征光譜圖，此光譜圖是在680V激光器電壓和1Hz頻率的條件下得到的，每個波段光譜圖如下圖3-1、3-2、3-3所示：圖3-1白術(shù)200-500nm光譜圖圖3-2白術(shù)500-700nm光譜圖圖3-3白術(shù)700-900nm光譜圖根據(jù)所測得的光譜圖查閱NIST數(shù)據(jù)庫，白術(shù)中除了含有有機元素C、H、O、N之外，還有K、Na、Ca、Mg、Fe、Si等無機元素，與前面所查資料相符。當歸主要含有揮發(fā)油、醛、羥基香豆素類化合物、有機酸、多糖REF_Ref26019\r\h[19]等成分。其中羥基香豆素類化合物則具有補血、活血、調(diào)經(jīng)、養(yǎng)肝等功效，多糖含有增強免疫力的作用。當歸主要用于補血、活血、調(diào)經(jīng)、養(yǎng)肝、止痛、止血、解毒等方面的中藥治療，廣泛用于治療女性月經(jīng)不調(diào)、痛經(jīng)、產(chǎn)后虛弱等問題，以及中、老年人貧血、慢性疲勞、肝臟疾病等。如圖所示為當歸樣品的元素特征光譜圖，輸出電壓與頻率不變，每個波段光譜圖如下圖3-4、3-5、3-6所示：圖3-4當歸200-500nm光譜圖圖3-5當歸500-700nm光譜圖圖3-6當歸700-900nm光譜圖 根據(jù)所測得的光譜圖查閱NIST數(shù)據(jù)庫，當歸中除了含有有機元素C、H、O、N、P之外，還有K、Na、Ca、Mg、Fe、Si等無機元素，與前面所查資料相符。杜仲含有許多營養(yǎng)成分，主要是：淀粉類物質(zhì)：可以起到促進腸胃蠕動、增加食欲等作用，還可以調(diào)節(jié)身體能量代謝，增強體力，減輕疲勞等；三萜類化合物：具有降低血脂、抗氧化、清熱解毒、抗炎癥等作用；生物堿：具有促進血液循環(huán)、增強免疫力、改善消化系統(tǒng)功能等作用；礦物質(zhì)：含有豐富的鈣、鎂、錳、銅、鉀等元素，有助于維持身體健康。杜仲主要的作用包括：提高機體免疫力，減輕疲勞，延緩衰老；降低血脂，預防心腦血管疾病；緩解痛經(jīng)，改善女性生殖系統(tǒng)健康；促進骨骼發(fā)育，預防骨質(zhì)疏松；抗菌、抗病毒、抗腫瘤等作用REF_Ref26058\r\h[20]。如圖所示杜仲樣品的元素特征光譜圖，輸出電壓與頻率不變，每個波段光譜圖如下圖3-7、3-8、3-9所示：圖3-7杜仲200-500nm光譜圖圖3-8杜仲500-700nm光譜圖圖3-9杜仲700-900nm光譜圖根據(jù)所測得的光譜圖查閱NIST數(shù)據(jù)庫，杜仲中除了含有有機元素C、H、O、N之外，還有K、Na、Ca、Mg、Fe等無機元素，與前面所查資料相符。防己中含有多種成分，包括堿性化合物、萜類、酸性化合物、多糖、蛋白質(zhì)、淀粉、碳水化合物等。其中的淀粉類物質(zhì)可以起到促進腸胃蠕動、增加食欲等作用，還可以調(diào)節(jié)身體能量代謝，增強體力，減輕疲勞等。其中主要的活性成分是防己堿，具有較強的抑菌和解熱作用。此外，防己還含有多糖類物質(zhì)，具有抗腫瘤和免疫調(diào)節(jié)等作用。防己還含有維生素和礦物質(zhì)，比如維生素C、鎂、鐵等，對于調(diào)節(jié)身體機能、增強體質(zhì)、預防疾病具有一定的幫助。如圖所示為防己樣品的元素特征光譜圖，輸出電壓與頻率不變，每個波段光譜圖如下圖3-10、3-11、3-12所示：圖3-10防己200-500nm光譜圖圖3-11防己500-700nm光譜圖圖3-12防己700-900nm光譜圖根據(jù)所測得的光譜圖查閱NIST數(shù)據(jù)庫，防己中除了含有有機元素C、H、O、N之外，還有K、Na、Ca、Mg、Si、Fe等無機元素，與前面所查資料相符。黃芪含有多種營養(yǎng)元素和活性成分，其主要功效：改善免疫系統(tǒng)，黃芪富含多種氨基酸、多糖、黃酮類和皂苷類化合物，這些化合物具有提升免疫系統(tǒng)的功能，可以刺激淋巴細胞的活性，增強身體的抗病能力；保護心血管，黃芪富含Saponins類皂苷，具有一定的降脂、調(diào)節(jié)血壓和預防動脈粥樣硬化等作用；促進排毒，黃芪中的草酸等化合物可以促進尿液排泄，減少體內(nèi)毒素的積累REF_Ref26127\r\h[21]?？傊?，黃芪是一種具有多種功效的中草藥，可以幫助人們改善身體健康、增強免疫力、預防疾病。但是需要注意，由于黃芪也會產(chǎn)生不良反應，如過敏、食欲下降、腹瀉和頭暈等，因此在使用時需要遵循醫(yī)囑，嚴格控制使用劑量。如圖所示為黃芪樣品的元素特征光譜圖，輸出電壓與頻率不變，每個波段光譜圖如下圖3-13、3-14、3-15所示：圖3-13黃芪200-500nm光譜圖圖3-14黃芪500-700nm光譜圖圖3-15黃芪700-900nm光譜圖根據(jù)所測得的光譜圖查閱NIST數(shù)據(jù)庫黃芪中除了含有有機元素C、H、O、N之外，還有K、Na、Ca、Mg、Fe等無機元素，與前面所查資料相符。 山藥含有多種營養(yǎng)物質(zhì)和活性成分，具有很多作用，主要包括以下：碳水化合物，山藥中的淀粉質(zhì)是人體必需的能量來源，有助于增加人體體力和代謝能力。維生素，山藥中富含維生素B1、B2、B6、E等營養(yǎng)素，對于人體的新陳代謝、生理功能和免疫系統(tǒng)有著重要的促進作用。礦物質(zhì)，山藥也含有豐富的礦物質(zhì)，如鈣、鎂、鐵等，能夠增強人體骨骼、血液、心血管和神經(jīng)系統(tǒng)的功能，防止貧血和骨質(zhì)疏松等病癥。纖維素，山藥中的膳食纖維對于腸胃健康和消化功能有幫助，可以促進排便、降低膽固醇和血糖水平。卵磷脂，山藥中的卵磷脂能夠改善神經(jīng)系統(tǒng)功能、提高人體免疫力和心血管功能，對預防癌癥和其他疾病也有一定作用REF_Ref26179\n\h[22]?？傮w而言，山藥有助于增強人體健康和免疫力，可以促進長期體力和健康的維持。如圖所示為山藥樣品的元素特征光譜圖，輸出電壓與頻率不變，每個波段光譜圖如下圖3-16、3-17、3-18所示：圖3-16山藥200-500nm光譜圖圖3-17山藥500-700nm光譜圖圖3-18山藥700-900nm光譜圖根據(jù)所測得的光譜圖查閱NIST數(shù)據(jù)庫黃芪中除了含有有機元素C、H、O、N之外，還有K、Na、Ca、Mg等無機元素。3.2不同中藥材特殊譜線對比由于這白術(shù)、當歸、杜仲、防己、黃芪、山藥都是天然植物類中藥材，它們通常是由野生或栽培的植物所提取的，沒有經(jīng)過化學合成或基因改造，所以它們的主要元素種極其相似。但是，它們同一波長的光譜強度卻不相同。以H元素652.27nm波長的光譜強度為例來比較，如下圖3-19所示，H元素的光譜強度由強到弱為：山藥、當歸、白術(shù)、防己、黃芪、杜仲。圖3-19各中藥材H元素652.27nm光譜強度圖以K元素766.48nm波長的光譜強度為例來比較，如下圖3-20所示，K元素的光譜強度由強到弱為：白術(shù)、防己、當歸、山藥、杜仲、黃芪。其中白術(shù)、防己、當歸與山藥相差不大。圖3-20各中藥材K元素766.48nm光譜強度圖以O(shè)元素777.19nm波長的光譜強度為例來比較，如下圖3-21所示，O元素的光譜強度由強到弱為：山藥、當歸、白術(shù)、防己、黃芪、杜仲。其中山藥與當歸相差不大，防己與黃芪相差不大。圖3-21各中藥材O元素777.19nm光譜強度圖以Ca元素396.85nm波長的光譜強度為例來比較，如下圖3-22所示，Ca元素的光譜強度由強到弱為：防己、杜仲、山藥、白術(shù)、當歸、黃芪。其中防己與杜仲相差不大，白術(shù)與山藥相差不大，當歸與黃芪相差不大。圖3-22各中藥材Ca元素396.85nm光譜強度圖4總結(jié)與展望4.1總結(jié)本文基于激光誘導擊穿光譜技術(shù)，對中藥材進行了檢測研究。通過對激光誘導擊穿光譜技術(shù)的應用，對中藥材的質(zhì)量進行了評估。中藥是中國古代先民探索人體保健、治療疾病的一項重要實踐，在全國以至世界衛(wèi)生事業(yè)中均有卓越的貢獻。具體開展了以下工作:我們對激光誘導擊穿光譜技術(shù)的原理、特點和發(fā)展現(xiàn)狀進行了分析和總結(jié)，同時討論了該技術(shù)在中藥材檢測上的應用。我們通過對山藥、防己、黃芪、杜仲、白術(shù)、當歸六種藥材的檢測，證明了激光誘導擊穿光譜技術(shù)的可靠性和高效性通過檢測激光誘導擊穿光譜，我們可以確定中藥材的元素組成，檢測并對照數(shù)據(jù)庫查查出的元素也與資料相符。4.2展望自從LIBS技術(shù)被引入到中藥材檢測領(lǐng)域以來，其應用效果已經(jīng)得到了廣泛認可。LIBS技術(shù)可以通過對中藥材樣品進行激光激發(fā)，并在其產(chǎn)生的電弧中檢測出元素分布情況，進而實現(xiàn)對中藥材中元素成分的分析和檢測。近年來，越來越多的學者開始在這一領(lǐng)域開展研究工作，以期發(fā)掘更多的應用場景。盡管激光誘導擊穿光譜技術(shù)在中藥材檢測方面取得了不錯的成果，但仍然存在一些局限性和挑戰(zhàn)。因此，我們需要繼續(xù)深入研究，以解決以下問題：首先，需要進一步提高檢測技術(shù)的準確性和可靠性。雖然激光誘導擊穿光譜技術(shù)可以提供一定的分析結(jié)果，但不能保證結(jié)果的準確性。因此，我們需要不斷進行技術(shù)改進，以提高其準確性和可靠性。其次，需要擴大中藥材的適用范圍。當前，激光誘導擊穿光譜技術(shù)在檢測一些種類的中藥材上還存在一定的困難。因此，我們需要進一步研究改進技術(shù)，拓展其應用范圍。最后，需要加強對激光誘導擊穿光譜技術(shù)的標準化和規(guī)范化。在目前的研究中，激光誘導擊穿光譜技術(shù)的應用還沒有標準化和規(guī)范化的程序，這也限制了其進一步的應用。因此，我們需要加強標準化和規(guī)范化的工作，使其成為一種公認的檢測技術(shù)?？傊?，激光誘導擊穿光譜技術(shù)在中藥材檢測上具有很好的發(fā)展前景。通過解決其局限性和挑戰(zhàn)，我們可以不斷提高該技術(shù)的應用價值，更好地滿足中藥材行業(yè)的需求。參考文獻彭秋梅.激光誘導擊穿光譜技術(shù)的發(fā)展[J].山海經(jīng),2015(10):84-86.JShi,

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