大豆是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物。大豆的營養(yǎng)成分相對全面，尤其是蛋白質(zhì)的含量。另外，大豆中的礦質(zhì)元素含量也十分豐富。不但有人體所需的無機(jī)鹽，如Ca，Mg，K，P等，還含有豐富的微量元素，如Cu，F(xiàn)e，Zn，Na，Mn等。
之前人們對大豆礦質(zhì)元素的影響研究相對較少，但是礦質(zhì)元素在人體發(fā)育以及新陳代謝中發(fā)揮著巨大的作用。針對大豆的成分進(jìn)行分析可以更好的了解礦質(zhì)元素對作物的影響。微量元素對人體健康很重要，例如缺少Fe元素人體會(huì)貧血。另外，一些重金屬元素含量超標(biāo)又會(huì)產(chǎn)生不良的影響，甚至有致癌的作用。本文針對大豆的主要礦質(zhì)元素富集情況進(jìn)行原位分析，以了解大豆種子中元素的分布情況。
近年來激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)作為一種新興的元素檢測和分析技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于生態(tài)樣品測量、種質(zhì)資源鑒定、珠寶、地質(zhì)及工業(yè)等諸多領(lǐng)域。當(dāng)激光作用于樣品表面時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)信息的等離子體。通過對等離子體發(fā)出的光譜進(jìn)行收集分析，建立光譜與元素一一對應(yīng)的關(guān)系。由此可以檢測出元素周期表中的大部分元素，檢測限可達(dá)ppm級(jí)。通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定標(biāo)后可以進(jìn)一步得到元素的含量信息。
實(shí)驗(yàn)裝置我們采用EcoChem 激光光譜元素分析系統(tǒng)。激光能量25mJ@266nm，能量輸出0-99%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz，脈寬<6n；光斑大小20-200μm連續(xù)可調(diào)；自動(dòng)雙光閘，穩(wěn)定控制激光能量和LIBS信號(hào)；檢測器譜寬190-1040nm，光譜精度±0.05nm，門延遲0.5ns-1ms，分辨率0.5ns；樣品自動(dòng)高度調(diào)整的功能；三維全自動(dòng)工作臺(tái)；樣品室可通入氦氣或氬氣。
取籽粒飽滿的轉(zhuǎn)基因大豆種子，沿中心切開，做內(nèi)部表面的元素分布掃描。實(shí)驗(yàn)時(shí)為了得到更好的信號(hào)，我們采用0.3μs為延遲時(shí)間，80%能量輸出，光斑100μm，10次脈沖的信號(hào)累加。
大豆樣品
大豆主要礦質(zhì)元素特征譜線
通過元素分布分析，一次性得到了各主要元素的富集分布結(jié)果，如下圖所示。暖色部分表示元素含量高，冷色部分表示元素含量低。
K、Na元素主要富集在子葉的芯部和外圍種皮
含量較高，Si元素分布較均勻
C、Ca、Mg元素在胚芽、胚軸處
富集比較明顯，左側(cè)遠(yuǎn)離種臍處富集相對較多
H、O元素分布不均
左側(cè)遠(yuǎn)離種臍處富集較多，胚芽、胚軸處也有富集
N元素分布不均，左側(cè)遠(yuǎn)離種臍處富集較多
重金屬Cd元素的分布不均，主要富集在上半部及胚芽處
通過本實(shí)驗(yàn)，我們對大豆的主要礦質(zhì)元素富集情況進(jìn)行了原位分析，了解了大豆種子中不同元素的分布富集情況。我們還可以進(jìn)一步分析不同大豆種子的元素分布情況，甚至可以結(jié)合土壤中的微量元素一起測量，以了解土壤中微量元素與植物體、種子之間元素含量和富集情況的關(guān)系。更好的指導(dǎo)精準(zhǔn)施肥，改善作物品質(zhì)等。
激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)作為一種新興的、快速的、微損的微區(qū)化學(xué)分析技術(shù)，是目前傳統(tǒng)儀器的一個(gè)很好的補(bǔ)充，有著傳統(tǒng)儀器所不具備的更多功能。隨著這一技術(shù)的發(fā)展，它必將在生態(tài)元素分析領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。
