一种基于激光诱导击穿光谱技术定量分析茶叶中Cr元素的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光诱导击穿光谱技术定量分析茶叶中Cr元素的方法，包括以下步骤：(1)将受到Cr元素污染的茶叶样品研磨成粉状制成压片状样品；(2)设定光谱采集装置的具体参数，用激光诱导击穿光谱检测方法获取已经浓度茶叶样品的光谱信号；(3)用激光诱导击穿光谱检测方法获取压片状茶叶样品的光谱信号，得到标准曲线方程；(4)将步骤(3)计算出的谱线强度带入标准曲线方程，得出茶叶样品中Cr元素的含量。本发明专利技术基于激光诱导击穿光谱方法，无冗长的前处理过程，可快速、方便的检测出茶叶中金属Cr元素含量。

A Method for Quantitative Analysis of Cr Elements in Tea Based on Laser Induced Breakdown Spectroscopy

The invention discloses a method for quantitative analysis of Cr element in tea based on laser-induced breakdown spectroscopy technology, which includes the following steps: (1) grinding tea samples contaminated by Cr element into powder to make pressed samples; (2) setting specific parameters of the spectral acquisition device, obtaining spectral signals of tea samples with concentration by laser-induced breakdown spectroscopy detection method; (3) laser-induced breakdown spectroscopy detection method; (3) making tea samples with concentration. The guided breakdown spectroscopy was used to obtain the spectral signal of pressed tea samples, and the standard curve equation was obtained. (4) The calculated spectral line intensity was introduced into the standard curve equation to obtain the content of Cr in tea samples. The invention is based on the laser induced breakdown spectroscopy method and has no lengthy pretreatment process, and can quickly and conveniently detect the content of metal Cr in tea.

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光诱导击穿光谱技术定量分析茶叶中Cr元素的方法
本专利技术涉及光谱分析领域，特别涉及一种基于激光诱导击穿光谱技术定量分析茶叶中Cr元素的方法。
技术介绍
我国茶叶种植历史悠久、茶叶品类丰富,茶叶产业是我国重要的经济产业之一。2017年全国18个产茶省(区)茶园的总面积达4588.7万亩，全国干毛茶产量为260.9吨。现代工业的迅速发展和化肥、农药的大量使用造成了环境污染、生态破坏等问题,导致茶叶质量安全受到威胁,引起社会的广泛关注。常规的茶叶检测方法准确可靠，如原子吸收光谱法、ICP、ICP-MS等，但是需要冗长的前处理过程，费时费力。激光诱导击穿光谱(LIBS)由于快速、灵敏、可同时测量测定等特点，越来越广泛地应用于各个领域中。国内外仅有少量的关于农产品品质LIBS检测方面的研究，大都集中于营养元素方面的研究，对有害金属方面的质量安全研究较少，而应用于茶叶有害金属污染物的快速检测未见报道。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于激光诱导击穿光谱技术定量分析茶叶中Cr元素的方法。本专利技术采取的具体技术方案是：一种基于激光诱导击穿光谱技术定量分析茶叶中Cr元素的方法，包括以下步骤：(1)将受到Cr元素污染的茶叶样品研磨成粉状制成压片状样品；(2)设定光谱采集装置的具体参数，用激光诱导击穿光谱检测方法获取已经浓度茶叶样品的光谱信号，所述已知浓度茶叶样品同样按照步骤(1)所述方法制成压片，依据NIST数据库判断Cr的特征谱线，例如波长位于425.47nm、428.97nm，用软件计算出峰面积或峰高，并采取自由定标、内标或外标法进行进一步数据处理，得到归一化处理后的谱线强度；可以以浓度为横坐标、谱线强度为纵坐标做标准曲线，得到标准曲线方程，也可以用浓度对数为横坐标、谱线强度对数为纵坐标做标准曲线，得到标准曲线方程；(3)用激光诱导击穿光谱检测方法获取压片状茶叶样品的光谱信号,找到标准曲线中使用的Cr的特征谱线，例如波长位于425.47nm、428.97nm的Cr的特征谱线，用软件计算出特征峰的面积或峰高，并采取自由定标、内标或外标法进行进一步数据处理，得到归一化处理后的谱线强度；(4)将步骤(3)计算出的谱线强度带入标准曲线方程，得出茶叶样品中Cr元素的含量。优选地，步骤(1)中茶叶样品经球磨粉碎，过100目尼龙筛，制成压片，所述压片压力为30MPa，保压时间30s。优选地，步骤(2)中所述激光诱导击穿光谱技术设定的参数为：激光能量为110-150mJ，延时时间为1.5μs，重复频率5-15Hz，激光波长为532nm。优选地，步骤(2)中所述用软件计算出特征峰的面积或峰高具体为利用洛伦兹拟合或者卷积分拟合或者高斯拟合求得特征峰的面积或峰高。LIBS茶叶金属Cr元素检测基本原理是利用高能量脉冲激光聚焦到茶叶表面，茶叶样品中金属原子或者离子吸收强激光辐射能量发生跃迁，由低能级的基态(Ei)跃迁到高能级的激发态或者电离态(Ej)；处于高能激发态的原子或者离子不稳定，会以一定的机率向基态或者能量较低的能级进行跃迁，同时辐射光子。在茶叶Cr元素LIBS检测实验装置系统中，假设Cr元素产生的等离子体是处于局部热平衡状态(LTE)，且是光学薄膜等离子体，其重吸收和自吸收效应忽略不计。因此，Cr元素发射谱线强度I是Cr元素等离子体在相应能级之间跃迁的结果，与Cr的浓度成线性正相关。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于激光诱导击穿光谱方法，无冗长的前处理过程，可快速、方便的检测出茶叶中金属Cr元素含量。附图说明图1为实施例1中制定的标准曲线图；图2为实施例1中所用实验装置示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此，在不脱离本专利技术上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本专利技术的范围内。实施例11.样品处理：选取产自于云南的一级绿茶，用四种不同浓度的K2Cr2O7溶液振摇(振摇频率160r/min)浸泡样品16h；取出茶叶样品，通过自制的流动振荡冲洗去除对残留在茶叶样品表面的K2Cr2O7，冲洗时间1h，水流速度1.2L/min，振摇频率160r/min；在60℃温度下鼓风干燥5h，球磨粉碎，过100目尼龙筛，称取筛后的样品1.000g压片，压力为30MPa，保压时间30s，样品半径为20mm，厚度约为2.5mm。同样，对已知Cr元素浓度的云南一级绿茶，球磨粉碎，过100目尼龙筛，称取筛后的样品1.000g压片，压力为30MPa，保压时间30s，样品半径为20mm，厚度约为2.5mm。2.实验装置准备：实验装置如图2所示，茶叶测试LIBS实验平台主要包括：脉冲Nd:YAG激光器、光路系统、样品室、中阶梯光栅光谱仪、科研型CCD和同步时序控制延时控制器。为了获得响应信号高、背景噪声低的激光等离子体发射光谱，提高测试灵敏度，实验前用茶叶样品进行工作参数的优化。优化后工作参数是：调Q脉冲Nd:YAG激光器采用的工作波长为532nm，单脉冲激光输出能量为110-150mJ，重复频率5-15Hz，延迟时间1.5μs。在外触发模式下，脉冲激光器产生的激光经过光路系统反射聚焦后作用于茶叶样品表面，样品受到激发产生等离子体光辐射(位于椭球面镜的一个焦点上)经椭球面镜反射聚焦到收集信号的光纤探头(位于椭球面镜的另一个焦点)将等离子体信号收集到光谱仪中。光谱仪是中阶梯光谱仪，探测波长范围为200～465nm，光谱解析能力为：λ/△λ＝16434@404.6565nmHgⅠ。光谱仪配合CCD探测器将数据储存到计算机中，由光谱仪自带的软件进行分析。实验条件为常压、20±2℃、湿度40％-60％。3.制作标准曲线用激光诱导击穿光谱检测方法获取已经浓度茶叶样品的光谱信号，所述已知浓度茶叶样品同样按照步骤(1)所述方法制成压片，依据NIST数据库判断Cr的特征谱线，例如波长位于425.47nm、428.97nm，用软件计算出峰面积或峰高，并采取自由定标法进行进一步数据处理，得到归一化处理后的谱线强度；以浓度为横坐标、谱线强度为纵坐标做标准曲线如图1所示，得到标准曲线方程，得到标准曲线方程y＝2.7844x-65.103。4.用激光诱导击穿光谱检测方法获取压片状茶叶样品的光谱信号,找到标准曲线中使用的Cr的特征谱线，例如波长位于425.47nm、428.97nm的Cr的特征谱线，用软件计算出特征峰的面积或峰高，并采取自由定标、内标或外标法进行进一步数据处理，得到归一化处理后的谱线强度；将计算出的谱线强度带入标准曲线方程，得出茶叶样品中Cr元素的含量，即测定值。对照例11.样品处理：选取产自于云南的一级绿茶，用四种不同浓度的K2Cr2O7溶液振摇(振摇频率160r/min)浸泡样品16h；取出茶叶样品，通过自制的流动振荡冲洗去除对残留在茶叶样品表面的K2Cr2O7，冲洗时间1h，水流速度1.2L/min，振摇频率160r/min；在60℃温度下鼓风干燥5h，球磨粉碎，过100目尼龙筛，称取筛后的样品1.000g压片，压力为30MPa，保压时间30s，样品半径为20mm，厚度约为2.5mm。2.将样品采用ICP光谱法进行检测，得出茶叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光诱导击穿光谱技术定量分析茶叶中Cr元素的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将受到Cr元素污染的茶叶样品研磨成粉状制成压片状样品；(2)设定光谱采集装置的具体参数，用激光诱导击穿光谱检测方法获取已经浓度茶叶样品的光谱信号，所述已知浓度茶叶样品同样按照步骤(1)所述方法制成压片，依据NIST数据库判断Cr的特征谱线，例如波长位于425.47nm、428.97nm，用软件计算出峰面积或峰高，并采取自由定标、内标或外标法进行进一步数据处理，得到归一化处理后的谱线强度；可以以浓度为横坐标、谱线强度为纵坐标做标准曲线，得到标准曲线方程，也可以用浓度对数为横坐标、谱线强度对数为纵坐标做标准曲线，得到标准曲线方程；(3)用激光诱导击穿光谱检测方法获取压片状茶叶样品的光谱信号,找到标准曲线中使用的Cr的特征谱线，例如波长位于425.47nm、428.97nm的Cr的特征谱线，用软件计算出特征峰的面积或峰高，并采取自由定标、内标或外标法进行进一步数据处理，得到归一化处理后的谱线强度；(4)将步骤(3)计算出的谱线强度带入标准曲线方程，得出茶叶样品中Cr元素的含量。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光诱导击穿光谱技术定量分析茶叶中Cr元素的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将受到Cr元素污染的茶叶样品研磨成粉状制成压片状样品；(2)设定光谱采集装置的具体参数，用激光诱导击穿光谱检测方法获取已经浓度茶叶样品的光谱信号，所述已知浓度茶叶样品同样按照步骤(1)所述方法制成压片，依据NIST数据库判断Cr的特征谱线，例如波长位于425.47nm、428.97nm，用软件计算出峰面积或峰高，并采取自由定标、内标或外标法进行进一步数据处理，得到归一化处理后的谱线强度；可以以浓度为横坐标、谱线强度为纵坐标做标准曲线，得到标准曲线方程，也可以用浓度对数为横坐标、谱线强度对数为纵坐标做标准曲线，得到标准曲线方程；(3)用激光诱导击穿光谱检测方法获取压片状茶叶样品的光谱信号,找到标准曲线中使用的Cr的特征谱线，例如波长位于425.47nm、428.97nm的Cr的特征谱线，用软件计算出特征峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：于巧玲，吕鹏程，
申请(专利权)人：柳州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广西,45