LIBS技术如何实现高效检测药用植物中的矿物元素

药用植物中的矿物元素是其药效发挥、品质评价与安全管控的核心指标，元素种类与含量直接影响中药材的药用价值、食用安全性及道地性。传统药用植物元素检测多依赖单一检测技术，存在检测效率低、前处理繁琐、无法兼顾快速筛查与精准定量的问题。

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种新兴的元素检测和分析技术。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。通过标准物质定标后可以进一步得到元素的含量信息。激光诱导击穿光谱技术（LIBS）与电感耦合等离子体发射光谱技术（ICP-OES）结合，开展药用植物样品矿物元素的联合检测研究，可以构建高效、精准的元素分析体系，为药用植物品质鉴定、元素溯源及安全检测提供了全新的技术支撑，对中药材标准化检测领域具有重要实践意义。

文中指出，激光诱导击穿光谱技术（LIBS）用于5种药用植物样品中常量元素与微量元素的快速检测分析。LIBS 检测结果证实样品中含有碳、铁、镁、硅、钙、氧、氢、氮、钠等多种元素，但这5种药用植物体内各类元素的含量均存在差异。

上图为5种药用植物中主要元素的特征光谱，元素信息准确可见。

上图为5种药用植物样品 L1～L5 的偏最小二乘（PLS）因子得分图。结果表明，仅依靠第1个 PLS 因子，无法实现5种样品的有效区分。将第 1、2 两个 PLS 因子共同作为判别变量时，不同样品对应的得分聚类区域便可相互分离开（图 b）。纳入更多 PLS 因子，能够进一步提升偏最小二乘判别分析（PLS-DA）模型的分类准确率。

研究首先利用 LIBS 技术对植物的根、叶片等植株组织开展常量及微量元素定性分析。随后基于采集的 LIBS 光谱数据，采用谱线强度比值法测算各类元素对应的含量。将所得检测结果，与电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测得的谱线强度比值结果进行比对验证。同时依托 LIBS 全谱数据开展偏最小二乘判别分析（PLS-DA），以此挖掘 5 种药用植物样品之间的光谱特征差异。借助上述统计学算法可构建校正模型与分类识别模型，后续依托建好的模型即可便捷判别未知植物样品，预测样品属性与元素组分。运用谱线强度比值法对矿质元素进行定量测算，精准预估出药用植物样品中各类元素的相对含量；LIBS 测算结果与 ICP-OES 测定数据吻合度良好。

上图为LIBS与 ICP-OES数据结果比对，检测数据吻合度良好。据此可得出结论：该批植物样品中其余各类元素的相对含量测算结果准确可靠，可满足药用研究参考要求。

本研究不仅验证了 LIBS 联合 ICP-OES 技术可用于监测不同药用植物元素组成的动态变化，同时佐证了这5种药用植物各自独特的药用价值；各样品内部元素相对含量配比适宜，具备药用应用价值。该研究充分证实：LIBS 技术结合化学计量学方法，可作为药用植物的重要分析手段，用于探究不同植物生物样本的差异化特征。

文中LIBS技术的应用是该研究的核心创新与技术亮点，承担着快速筛查、定性分析、高效初筛的关键作用，弥补了传统检测技术的诸多短板。首先，LIBS具备无复杂样品前处理的独特优势，无需对药用植物样品进行消解、萃取等化学预处理，极大简化了实验流程，规避了化学试剂造成的样品污染与元素损耗，同时降低了检测成本与实验耗时，适配大批量药用植物样品的快速筛查场景。其次，LIBS可实现多元素同步快速定性检测，能够瞬时同步获取样品中多种元素的光谱特征信息，快速判定药用植物的元素组成特征，为样品初步品质分级提供依据。该研究通过两种技术联用的方式，构建了“LIBS快速初筛+ICP-OES精准定量”的药用植物元素检测新模式。整体来看，ICP-OES作为传统标准检测技术，为实验数据提供基准，保障定量结果的精准可靠；而LIBS作为新型快速光谱技术，承担高效筛查、快速定性的核心功能，二者形成技术互补。

文中实验可采用北京澳作生态仪器有限公司自主研发的EcoChem 激光光谱元素分析系统，该系统采用激光诱导击穿光谱（LIBS）技术。激光能量200mJ@1064nm，能量输出0-100%可调；重现率20Hz；光斑大小50-300μm连续可调；三维全自动工作台；样品室可通入氦气或氩气。

通过本文的研究验证了LIBS技术在药用植物矿物元素检测中的可行性与实用性，证实其可作为药用植物品质评价、安全筛查、产地溯源的高效新型技术。两种技术联用模式兼顾了检测效率、精准度与经济性，为药用植物元素分析标准化、快速化、现场化检测提供了新路径，也为后续中药材的质量管控、资源开发利用提供了重要的技术参考与数据支撑。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，有着传统仪器所不具备的更多功能。随着这一技术的发展，它必将在元素分析领域发挥越来越重要的作用。