茶葉是我國具有代表性的特色經(jīng)濟(jì)作物，兼具重要的經(jīng)濟(jì)價值、生理保健價值與文化價值。目前，茶葉種質(zhì)鑒定、分類溯源、元素組分分析及重金屬安全篩查等研究仍以傳統(tǒng)理化檢測、感官審評和大型儀器分析為主，普遍存在樣品預(yù)處理復(fù)雜、檢測周期長、操作繁瑣、難以原位實時檢測、無法滿足大批量快速篩查等問題，極大限制了茶樹種質(zhì)資源高效評價、加工過程精準(zhǔn)質(zhì)控及快速檢測的應(yīng)用需求。

激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)是一種新興的元素檢測和分析技術(shù)。當(dāng)激光作用于樣品表面時，在極短的時間內(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。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。

LIBS技術(shù)利用等離子體特征光譜，可快速獲取茶葉中礦質(zhì)元素、特征功能組分的指紋信息，能夠高效完成茶葉品種區(qū)分、產(chǎn)地溯源、生長期判別、功能成分定量及重金屬污染快速篩查，為茶葉品質(zhì)機(jī)理研究、種質(zhì)資源精準(zhǔn)評價與質(zhì)量安全管控提供了全新、高效的技術(shù)路徑。本文以綜述形式介紹LIBS光譜技術(shù)在茶樹和茶葉研究中的應(yīng)用。

1，元素指紋定性識別

基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)檢測鐵觀音茶葉中的美術(shù)綠

本文聚焦鐵觀音茶葉中非法添加有毒色素美術(shù)綠（鉛鉻綠）的快速檢測問題。美術(shù)綠含有重金屬鉛、鉻，長期攝入會造成重金屬蓄積中毒、損害肝腎及神經(jīng)系統(tǒng)，部分不良商家為美化鐵觀音色澤、冒充優(yōu)質(zhì)茶葉非法添加。常規(guī)檢測方法往往前處理繁瑣、耗時久、成本高，難以實現(xiàn)現(xiàn)場快速篩查。采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)作為檢測手段，通過激光灼燒樣品產(chǎn)生等離子體光譜，依據(jù)特征譜線識別元素組分，實現(xiàn)元素成分快速定性定量分析。研究構(gòu)建了適配茶葉基質(zhì)的 LIBS 檢測方法，完成樣品預(yù)處理、光譜采集、特征峰篩選及模型建立，提取鉛、鉻元素特征譜線信號，區(qū)分正常鐵觀音與摻入鉛鉻綠的樣品，建立了定量檢測模型并驗證準(zhǔn)確度、檢出限與穩(wěn)定性。

結(jié)果表明：LIBS技術(shù)可快速識別鐵觀音中的鉛鉻綠重金屬特征信號，無需復(fù)雜濕化學(xué)前處理，檢測速度快、可實現(xiàn)無損、原位篩查，與傳統(tǒng)檢測方法相比優(yōu)勢明顯。結(jié)合算法優(yōu)化可進(jìn)一步提升檢測精度。

2，氟元素的檢測

氟元素是人體必需的微量元素，它參與骨骼和牙釉質(zhì)礦化。可形成穩(wěn)定氟磷灰石，提升牙釉質(zhì)抗酸能力、抑制口腔致齲細(xì)菌。氟元素在茶樹和茶葉中是重要的元素，茶樹是典型氟超富集植物。適度的氟可參與茶樹礦質(zhì)營養(yǎng)代謝、調(diào)節(jié)酶活性、影響抗氧化系統(tǒng)，影響茶樹生長發(fā)育。當(dāng)然過高的氟也會抑制根系呼吸、影響光合作用、產(chǎn)生氧化脅迫。所以研究氟元素的意義重大。

當(dāng)前測量氟元素的主流方法是基于CaF分子光譜的間接檢測法。其原理是在茶葉樣品中引入鈣（Ca）元素，讓氟（F）在激光誘導(dǎo)的等離子體中與鈣結(jié)合形成氟化鈣（CaF）分子，通過檢測CaF分子的特征光譜來間接測定氟的含量。這種方法能顯著提高檢測靈敏度。有研究顯示，通過檢測CaF分子發(fā)射帶，氟元素的檢出限（LOD）比直接檢測氟原子譜線改善了超過一個數(shù)量級。也有研究人員發(fā)明使用氫氧化鈣納米顆粒功能化紙基芯片來富集茶湯中的氟元素來進(jìn)行測量的。但是我們通過使用1064nm激光，可以直接得到有效的氟元素發(fā)射光譜信息，如下圖所示。氟元素的特征譜峰位于690.248 nm，可以用來進(jìn)行定性和定量分析。

3，定量檢測研究

LIBS系統(tǒng)在有相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的支持、通過算法建模后，即可進(jìn)行含量的預(yù)測和計算。

采用266nm紫外脈沖激光誘導(dǎo)擊穿技術(shù)對茶葉樣品進(jìn)行直接光譜分析

早期就有科研人員研究利用LIBS系統(tǒng)，對6種不同品牌茶葉樣品在200–900 nm波長范圍進(jìn)行光譜采集，成功識別出了茶葉中存在的所有元素。研究發(fā)現(xiàn)，茶葉中檢測到的主要營養(yǎng)元素包括Fe、Ca、K、Si等，而主要有毒元素為Br和Cr。并且進(jìn)行了定量分析。各元素的濃度范圍分別為：Fe 378–656 mg/L、Cr 96–124 mg/L、K 1421–6785 mg/L、Br 99–1476 mg/L、Cu 17–36 mg/L、Si 2–11 mg/L、Ca 92–130 mg/L。該研究還估算了各元素的檢測限（LOD），并通過ICP-MS進(jìn)行了交叉驗證，結(jié)果顯示LIBS結(jié)果與ICP-MS具有良好的一致性。

茶湯中痕量重金屬快速富集裝置及LIBS信號增強(qiáng)方法研究

文中指出，激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)因具備快速、原位、多元素同時分析等優(yōu)勢，在食品安全檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。然而，將其直接用于茶水中痕量重金屬檢測時，長期面臨樣品富集速度慢、液體飛濺、光譜信號弱及檢測靈敏度低等瓶頸問題。付興蘭等學(xué)者針對上述難題開展了系統(tǒng)性研究，成功研制了一套基于干滴法的茶水痕量重金屬快速富集裝置，實現(xiàn)了LIBS光譜信號的顯著增強(qiáng)。該研究以茶水中鉻（Cr）和銅（Cu）為檢測對象，通過優(yōu)化富集裝置的關(guān)鍵參數(shù)，獲得了優(yōu)異的定量分析性能。Cr和Cu的定標(biāo)曲線決定系數(shù)R²分別達(dá)到0.994和0.996，檢測限（LOD）分別低至3 μg/L和7 μg/L。為驗證方法的普適性與可靠性，研究選取了花茶、綠茶、青茶、白茶、黃茶、紅茶、黑茶等7種我國典型市售茶作為真實樣本。結(jié)果表明，Cr和Cu濃度檢測的平均相對誤差分別為5.9%和6.4%，與電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）這一傳統(tǒng)金標(biāo)準(zhǔn)方法的檢測結(jié)果高度相當(dāng)。

文中部分實驗采用北京澳作生態(tài)儀器有限公司自主研發(fā)的EcoChem 激光光譜元素分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-100%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小50-300μm連續(xù)可調(diào)；三維全自動工作臺；樣品室可通入氦氣或氬氣。

通過本文，我們了解了利用LIBS技術(shù)針對茶葉進(jìn)行的各項研究。同時對茶葉定性和定量分析等進(jìn)行了綜合闡述。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)，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，它必將在元素分析領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。