種植農(nóng)作物使用農(nóng)藥，可以初步預(yù)防病蟲(chóng)害對(duì)蔬菜生長(zhǎng)的影響，保證農(nóng)作物健康生長(zhǎng)，但農(nóng)作物中會(huì)殘留很多農(nóng)藥或重金屬等有毒成分，因此檢測(cè)農(nóng)作物中的農(nóng)藥殘留和重金屬元素，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)有害物質(zhì)超標(biāo)的農(nóng)作物，指導(dǎo)農(nóng)民安全用藥。
FireFly是一款基于LIBS（激光誘導(dǎo)擊穿光譜）技術(shù)的快速多元素分析與化學(xué)成像設(shè)備。適用于所有固體和液體樣品，待測(cè)物無(wú)需前處理，測(cè)量近乎無(wú)損傷，一次測(cè)量可獲取樣品所有元素信息。將其用于植物組織中元素含量的測(cè)定，可以協(xié)助研究植物營(yíng)養(yǎng)狀況和元素吸收分布及植物在重金屬脅迫下的反應(yīng)和耐受性。
lLIBS技術(shù)檢測(cè)干果營(yíng)養(yǎng)元素和重金屬污染：
圖1. 左上：杏仁、開(kāi)心果、黑胡桃、白胡桃和腰果等干果；左下：5種干果的K、Mg等營(yíng)養(yǎng)元素和Cu、Cr、Pb等重金屬元素含量差異；右圖：干果中不同元素的LIBS測(cè)量光譜
研究人員利用LIBS技術(shù)檢測(cè)了市場(chǎng)上杏仁、開(kāi)心果、黑胡桃、白胡桃和腰果等5種干果的元素組成，在干果樣品中檢測(cè)到了鉀、鎂、鈣、鐵、鋅、鈉等營(yíng)養(yǎng)元素以及鉛、鉻、銅等有毒元素，不同干果樣品中這些元素的含量存在差異。
lLIBS技術(shù)檢測(cè)果蔬農(nóng)藥殘留和重金屬污染：
圖2. 左圖：蘋(píng)果和韭菜中P 的光譜。藍(lán)色線是含有毒死蜱的樣品的LIBS 光譜。紅色線是含有毒死蜱和80 nm 銀粒子的樣品的LIBS 光譜。粉色線是不含任何物質(zhì)的干凈樣品的LIBS 光譜。黑色線是含有80 nm 銀粒子的樣品的LIBS 光譜。右圖：生菜莖葉對(duì)鎘的LIBS映射圖。
使用LIBS 技術(shù)測(cè)定果蔬表面的毒死蜱和Cd 殘留，通過(guò)測(cè)量P 和Cl 元素間接測(cè)量毒死蜱；研究生菜葉片中Cd 的分布，發(fā)現(xiàn)Cd 在生菜葉片中分布不均勻，在葉脈中的濃度高于葉肉，主脈中的濃度高于側(cè)脈，在脈交叉處有相對(duì)較強(qiáng)地Cd積累。
lLIBS結(jié)合高光譜技術(shù)檢測(cè)果蔬農(nóng)藥殘留：
圖3. 左圖：桑葚農(nóng)藥殘留和無(wú)殘留的LIBS光譜數(shù)據(jù)；右圖：桑葚農(nóng)藥殘留和無(wú)殘留的高光譜數(shù)據(jù)；
圖4. 圖中（a）和（b）分別表示使用LIBS 數(shù)據(jù)在進(jìn)行預(yù)處理前和預(yù)處理后的PCA 圖，（c）和（d）表示LIBS 數(shù)據(jù)與HSI 數(shù)據(jù)III（LIBS - HSI 數(shù)據(jù)）結(jié)合在預(yù)處理前和預(yù)處理后的PCA 圖。
桑椹富含營(yíng)養(yǎng)和生物活性物質(zhì)，但易受病蟲(chóng)害影響，導(dǎo)致農(nóng)藥殘留超標(biāo)，對(duì)人體健康有害，因此建立快速有效的檢測(cè)方法至關(guān)重要。傳統(tǒng)的農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法如GC、GC - MS、HPLC 等復(fù)雜、耗時(shí)、成本高且可能導(dǎo)致樣品污染，而LIBS 和HSI 技術(shù)為快速檢測(cè)提供了新途徑。文章通過(guò)結(jié)合桑葚測(cè)量獲取的LIBS 和HSI 數(shù)據(jù)，得到了比單獨(dú)使用LIBS數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確的農(nóng)藥殘留檢測(cè)結(jié)果。
lFireFly LIBS白芥鎘金屬污染檢測(cè)及成像：
圖5：左圖為da麻幼苗在5μ/20μmol?dm?3的CdCl2?2.5H2O溶液中生長(zhǎng)的樣品的照片和相應(yīng)的LIBS Cd元素分布圖；右圖為白芥暴露于含鎘化合物后樣品的照片和相應(yīng)的LIBS Cd元素分布圖。
如圖為L(zhǎng)ightigo激光光譜實(shí)驗(yàn)室對(duì)植物進(jìn)行鎘毒性檢測(cè)，F(xiàn)ireFly可以清晰獲取鎘元素在da麻和白芥幼苗中的相對(duì)含量分布圖，可以了解Cd污染物進(jìn)入植物體內(nèi)后的運(yùn)輸路線和富集器官。
1.Rehan I, Gondal M A, Almessiere M A, et al. Nutritional and toxic elemental analysis of dry fruits using laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry (ICP-AES)[J]. Saudi Journal of Biological Sciences, 2021, 28(1): 408-416.
2.Zhao X, Zhao C, Du X, et al. Detecting and mapping harmful chemicals in fruit and vegetables using nanoparticle-enhanced laser-induced breakdown spectroscopy[J]. Scientific Reports, 2019, 9(1): 906
3.Wu D, Meng L, Yang L, et al. Feasibility of laser-induced breakdown spectroscopy and hyperspectral imaging for rapid detection of thiophanate-methyl residue on mulberry fruit[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20(8): 2017.
4.Pavlína Modlitbov, Pavel Porízka, Jozef Kaiser et al., A Detail investigation of toxicity, bioaccum ulation, and translocatio n of Cd-base d quantum dots and Cd salt in white mustard. [J] Chemosphere., 251 (2020) 126174
FireFly其他應(yīng)用領(lǐng)域：
?土壤分析：分析土壤樣本中的元素組成，評(píng)估土壤肥力和污染情況。
?地質(zhì)勘探：用于巖石和礦物的元素分析，輔助地質(zhì)勘探和礦物成分研究。
?金屬材料檢測(cè)：分析金屬及其合金中的元素成分，用于材料科學(xué)和質(zhì)量控制。
?環(huán)境監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)環(huán)境樣本（如沉積物、大氣顆粒物等）中的元素，評(píng)估環(huán)境污染。
?生物材料分析：測(cè)定生物樣本（如毛發(fā)、血液、骨骼、腫瘤等）中的元素，用于生物醫(yī)學(xué)研究。
