文摘

本研究致力于跟踪和识别的元素在骨骼样本使用激光诱导击穿光谱(LIBS)。大腿的骨头样本准备实验室老鼠,消耗325.29克/摩尔浓度醋酸铅有4毫米在指定的时间。大约76个原子线进行了分析,我们发现主要元素Ca I, Ca II, Mg, Mg II,菲我和菲二世。温度曲线和柱状图绘制比较骨元素消耗的B组与正常组,A组,在相同的实验条件。等离子体参数包括等离子体温度和电子密度测定通过考虑局部热力学平衡条件(LTE)的等离子体。之间的反比关系已经检测到铅的吸收和钙、镁等元素的吸收比较元素值的组。

1。介绍

如今,越来越传播的污染工业,有毒金属造成的污染,对人体健康的危害是每个人都清楚。因此检测这些污染物及其对生物有机体的影响是非常重要的。激光诱导击穿光谱(LIBS)方法已经吸引了许多研究者的关注由于其属性,独特的功能,如低成本和最少的时间准备样品,提示和多元素同时分析,能力被用于所有三种状态的材料,和其无损、非接触自然1,2]。该方法已成功用于识别尸体,骨头,和人类的化石或木乃伊剩余的世纪。它决定背景特征如年龄、性别、种族和地位的身体3]。临床应用激光诱导击穿光谱分析牙齿和牙科材料控制的脉冲激光烧蚀材料。该方法建议替代机械钻探的龋齿,牙修改。熔化的等离子体的发射光谱分析可以利用准确地监测激光钻井过程体内和实时4,5]。库过程提出了一种新的诊断方法存在或发生癌症的准确和安全。现在明显的恶性肿瘤可以通过检测预测钙、钾、和铜在身体6]。的方法也被用来检测新生儿心脏肌肉的元素通过回顾元素,如钾、钙、钠(7]。分析生物精液(8),检测致病性细菌和病原体(9]等等都是该方法的其他应用程序。

提出了技术取决于激光之间的交互和软、硬生物表面以诱导等离子体。等离子体形成的基体效应的结果由吸收激光能量的熔化的材料(2]。当等离子体膨胀的环境空气、放松的等离子体羽流的不同流程的重组与积极的自由电子ions-occurs [10]。这个重组是一个辐射过程,它提供了一种连续排放除了轫致辐射。另一个辐射过程是原子排放由于不同能级之间的转换的一个元素光谱测量可以提供定性信息的原子组成生物样本调查。此外,库也可以用来提供信息的相对定量元素组成样本。这是通过调查比率原子发射谱线的强度水平:高浓度的一个元素收益率更高强度的特征元素发射光谱(11,12]。

在这项研究中,我们试图采用这种方法来区分两组率的统计分析主要基于收集到的光谱。不同浓度水平的这些光谱本质上拥有信息元素的发现在这两个组。

2。方法和材料

2.1。测试布局

实验装置示意图如图1。它由一个Nd: Yag激光10纳秒脉冲宽度在1064 nm波长,2赫兹脉冲重复频率,160年乔丹的能量。消除轫致辐射辐射在早期阶段生成等离子体,并有原子光谱比率最高的信号噪声,需要不同的时间间隔在等离子体辐射。激光脉冲之间的延迟时间和数据记录由光电二极管是10μ年代,如图1,激光的一部分由half-silvered镜子反射到光电二极管(反映出约4%的光)坐落在一个45度角符合光和延迟因素启动相机通过发送脉冲。激光光束集中在样品的表面位于凸透镜的焦距厘米。束的光纤位于45度最优距离的位置生成等离子体(避免饱和)和传输产生的光等离子体的2 d增强CCD(和或iStar DH720)通过Czerny-Turner摄谱仪(Chromex, 500) 115 - 920 nm波长范围。填词光谱每个样本的收集来自10个不同的地方;从每个点10光谱收集。这些光谱使我们能够分析样本定量和定量。获取信号比高噪音,最佳延迟时间和光学的视野进行了优化。

2.2。样品制备

雌性老鼠与四周的平均年龄相同的种族和条件选择准备骨样本。十大鼠分为两组。A组收到250毫升蒸馏水包括铅盐(乙酸铅325.29克/摩尔)每天4毫米浓度和B组只有250毫升蒸馏水没有添加剂每天50天。大多数骨头中铅吸收的部分(13]。所以左边的腿老鼠分手和清洗。因为几乎所有的部分导致注入身体在骨吸收,他们影响骨吸收其他元素根据程序准备激光脉冲辐照(图2)。

3所示。等离子体特性

填词光谱采集的样本使用原点从原始数据处理软件。图3显示了平均光谱(平均值和标准偏差)的10骨光谱的两组。例证,存在的最突出的峰的光谱样本用于显示所有10 spot-measurements的标准差。元素突出排放两骨常见类型,发现在测量条件下的这项研究中,Ca、Mg,和铁。B组表现出更显著的填词光谱原子谱线比组a原子线的识别是基于[14,15]。我们可以看到这个数字明显降低Mg和Ca可以观察到由于引导消费。请注意,在所有实验中强烈的Pb观察我在405.78海里。如图4完善,其强度增加铅的骨头。然而,我们的分析主要集中在Pd对其他元素的影响。

3.1。等离子体温度

等离子体温度通常是确定的比率测量强度的中性中性线,通常为相同的元素。线强度结合波尔兹曼方程来确定 在哪里谱线的强度,从水平过渡的波长来,转移概率,是统计的重量,是更高层次的能量价值,是激发温度。因此,上述方程的阴谋与上层的能量收益率直线称为玻耳兹曼的阴谋。其斜率等于(16]。在这部作品中,等离子体温度是由使用不同的总强度强线铁、镁、和Ca的可见区域。图5展示了两组获得的等离子体温度。结果总结在表1。

3.2。电子密度

LTE附近的等离子体温度条件可以由单个特征描述物种的分布能量水平,人口电离阶段,或电子的动能,离子和原子。在这种情况下,激发温度是一样的等离子体温度。根据Saha-Boltzmann方程可以推导出电子密度从两条线的强度比对应不同电离阶段相同的元素(17,18]: 在哪里和是中性和单电离的高层能量转换。电离能和吗电子密度。在实践中,热力学平衡很难实现在整个地区,同时它可以存在于好区域的等离子体被称为局部热力学平衡(LTE)。这种情况通常是达到足够数量的碰撞过程中碰撞粒子之间的能量分布更多同样具有相同的质量。因此,LTE可能存在高电子密度限制由麦克沃特标准(19,20.]: 在哪里是两个级别之间的能量差21]。表1给出了一个估计的两组的电子密度。电子密度计算使用上述标准的关系。我们将估计基于Ca线452.69 nm;它的光谱参数列表(19]。一个平等表达式相关的电子密度被用来估计LTE是否可能在我们的测量。4.5×10的价值¹⁵(cm⁻³根据(),12,19),需要LTE存在,远低于在我们的实验中遇到的值。这表明,分析测量数据在我们的研究很可能在LTE的条件下进行。

4所示。元素的定性分析

以下是样品可用的主要组成部分。元素突出排放常见骨类型都是钙、镁、铁。这些元素的内容如图6两组。

先前的研究表明,钙(Ca I, II)是消费的主要来源的铅在骨22]。这种影响显然是观察图3。虽然铅浓度增强,铅的一部分是通过化学反应消耗减少钙。镁的结果(Mg, Mg II)类似于钙。镁和钙与骨的吸收。所以正如预期的那样,Mg我和Mg II降低样本组(23]。有不规则的还原过程中吸收铁我和菲二世。与钙和镁,铁元素的增加在某些记录波长当老鼠摄入铅。这种行为是在以前的工作24]。然而,减少铁元素在几行是a组的观察。

总之,结果表明,温度和电子密度的激光产生的等离子体是相似的铅和无铅的团体和他们遵守当地的热力学平衡(LTE)的条件。其吸收的影响元素,如钙、镁、和菲已经承认,尽管激光诱导击穿光谱(LIBS)方法测量在骨吸收铅浓度有这样缺乏适当的性能。定性的价值比较两组元素的显示值的钙我和钙二世和镁和镁二世被吸收导致下降。虽然有间接关系铁浓度与吸收的铅在不同波长,它显示值的矿物质,如铁,我和菲二世在全球范围内降低了。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突。