玉米具有很強(qiáng)的耐旱性、耐寒性以及的環(huán)境適應(yīng)性。玉米的營養(yǎng)價值較高，是優(yōu)良的糧食作物。由于玉米資源極為豐富、廉價且易于獲得，它們還具有許多生物活性，如抗氧化、抗腫瘤、降血糖、提高免疫力和抑菌殺菌等。玉米的營養(yǎng)成分比較全面，除了豐富的有機(jī)質(zhì)、有機(jī)元素氮磷鉀外，玉米中還有Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo等多種微量金屬元素。因此玉米具有廣闊的研究、開發(fā)及應(yīng)用前景。
鈣元素是一種生命必需元素，含量僅次于C、H、O、N。
鎂元素是酶的激活劑，也是構(gòu)成葉綠素的金屬元素。鎂能影響植物呼吸，促進(jìn)磷的吸收運(yùn)輸。植物鎂缺乏時老葉黃化，初期由葉肉細(xì)胞變黃，葉緣仍保持綠色，嚴(yán)重時黃化部位轉(zhuǎn)壞疽，落葉。
銅元素是植物必需營養(yǎng)元素之一。銅參與植物體內(nèi)多種氧化酶的合成，與植物體內(nèi)的氧化還原反應(yīng)和呼吸作用有關(guān)，對蛋白質(zhì)代謝及葉綠素的形成有重大影響，銅能增強(qiáng)光合作用和促進(jìn)花粉萌發(fā)和花粉管伸長，提高結(jié)實(shí)率。
鋅元素是植物必需的微量元素之一。鋅是一些脫氫酶、碳酸酐酶和磷脂酶的組成元素，這些酶對植物體內(nèi)的物質(zhì)水解、氧化還原過程和蛋白質(zhì)合成起重要作用。植物缺鋅生長發(fā)育停滯、葉片縮小、莖節(jié)縮短。
錳元素控制著植物體內(nèi)的許多氧化還原反應(yīng)，還是許多酶的活化劑，并直接參加光合作用中水的光解，錳也是葉綠體的結(jié)構(gòu)成分。
鉬元素是植物必需的微量營養(yǎng)元素之一。鉬是固氮酶和硝酸還原酶的組成元素，缺鉬會影響根瘤固氮和蛋白質(zhì)的合成。鐵元素也是植物必需微量營養(yǎng)元素之一，是植物中一些重要的氧化還原酶的組分。
本文重點(diǎn)研究玉米中微量金屬元素的檢測手段，光譜特性，元素分布特征，元素含量定量計(jì)算等。基于元素的檢測，目前、的方法就是激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)。樣品無需前處理，無污染。檢測限可達(dá)ppm級，測量的元素可覆蓋元素周期表中的大部分元素。
我們?nèi)∮衩鬃蚜?，沿中心切開后即可實(shí)驗(yàn)，整個過程簡單快速，無需前處理。樣品放在工作臺上直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。通過查詢EcoChem激光光譜元素分析系統(tǒng)內(nèi)置的ElementLIBS元素識別數(shù)據(jù)庫可以實(shí)現(xiàn)快速元素識別的目的，元素重疊信息少，高效識別。通過實(shí)驗(yàn)得知，各金屬元素信息清晰，譜線特征明顯。
微量元素的檢測
ElementLIBS元素識別數(shù)據(jù)庫
通過玉米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及系統(tǒng)內(nèi)置的PLS多變量定量模型的運(yùn)算，我們可以建立玉米中微量金屬元素的定標(biāo)擬合曲線，相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.999，可作為元素含量預(yù)測的定標(biāo)曲線，快速大量對待測玉米的元素含量進(jìn)行計(jì)算。以銅、錳元素為例，計(jì)算了其元素的預(yù)測含量與實(shí)際含量的數(shù)據(jù)以及相對偏差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，銅、錳元素的相對偏差小于7.3%。
我們繼續(xù)針對玉米籽粒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測量內(nèi)部切面金屬元素的分布富集情況。實(shí)驗(yàn)時為了得到更好的信號，我們采用0.8μs為延遲時間，80%能量輸出，光斑100μm，10次脈沖的信號累加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示，暖色區(qū)為元素富集區(qū)域，冷色區(qū)元素含量較低。實(shí)驗(yàn)得知，不同元素在玉米籽粒內(nèi)部富集的區(qū)域有所不同，邊緣處元素含量相對較高。
實(shí)驗(yàn)裝置我們采用EcoChem 激光光譜元素分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LIBS技術(shù)。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-99%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小20-200μm連續(xù)可調(diào)；檢測器譜寬190-1040nm。
EcoChem激光光譜元素分析系統(tǒng)因具有無需前處理，無污染，全元素快速測量，樣品消耗量小，可在線分析，準(zhǔn)確度高，功能多等特點(diǎn)，必將在玉米的元素檢測，含量測定，品質(zhì)鑒定等諸多方面發(fā)揮越來越重要的作用。同時此方法也可以引用到其他多種糧食和作物的檢測領(lǐng)域。
