CN104374760B - 基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光烧蚀羽流的作物重金属和微量元素快速检测方法，包括：采用去离子水清洗作物样本，放置于样品台上；第一路激光经三倍频发生器形成355nm激光，光路升高后由样品台正上方聚焦击打样品表面，形成高密度羽流；第二路激光由样品上方击打高密度羽流，对原子进行激发；采集作物样本的原子光谱，根据待测的重金属和微量元素，从特征谱线中选取不存在自吸收和自反转且强度最高的四条谱线；以样本参考值作为输出，以谱线强度作为输入，建立多种多元回归模型，选取其中四个最优模型，建立综合模型；针对待检测作物样本，获取四条谱线强度输入综合模型，计算出作物重金属和微量元素的含量。

Description

基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法

技术领域

本发明涉及作物重金属和微量元素检测技术，尤其涉及一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法。

背景技术

重金属(镉、铬、铅、铜等)和微量元素(硅、铁、硼等)对作物生命活动具有重要影响。在重金属胁迫下，作物体内脯氨酸含量增加，光合作用和呼吸作用受到不同程度的抑制，作物减产甚至绝收。而微量元素与作物的生长状况以及产量密切相关。如Si能提高作物的抗病能力，促进生长；Fe则是植物体内多种酶的组成物质，缺Fe会导致失绿症。获取作物的重金属和微量元素信息有利于了解作物的生长状况，预估作物的产量，有利于根据作物的具体情况实现定量施肥和管理。目前，作物重金属和微量元素的检测方法主要有原子吸收光谱法(atomic absorption spectrometry，AAS)，电感耦合等离子体法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-OES)，X射线荧光法(X-ray fluorescence analysis，XRF)。然而，这些方法操作复杂、成本高，并且不能反映重金属和微量元素在植物表面的分布情况。近年来，备受关注迅速发展的激光诱导击穿光谱虽然能检测多种微量元素，但是信噪比较低，检出限不能满足作物某些重金属和微量元素的检测。

基于激光烧蚀羽流的激光激发原子荧光技术(plume laser-excited atomic fluorescence，简称PLEAF)是一种新型的多元素分析检测技术。PLEAF能有效解决普通激光激发原子荧光技术单波长单跃迁的局限，实现样本(包括未知样本)多元素分析检测，具有检出限低、无样本预处理、快速等特点。2005年，Cheung等人首次提出PLEAF技术，并公开了一种简单的仪器装置。Cheung等人指出PLEAF技术是一种类似荧光光谱技术，并 成功应用于金属合金、陶瓷、聚合物、颜料等检测。它的检出限是激光诱导击穿光谱几个量级，具有很高的信噪比。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于PLEAF对作物重金属和微量元素能实现样品快速、微损、多元素分析检测，具有调节简单、成本低等特点。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，包括步骤：

1)采用去离子水清洗作物样本，放置于样品台上；

2)第一路激光经三倍频发生器形成355nm激光，光路升高后由样品台正上方聚焦击打样品表面，形成高密度羽流；第二路激光由样品上方击打所述的高密度羽流，对原子进行激发；

3)激光能量趋于稳定时，采集作物样本的原子光谱，并通过样品台改变激光击打样品位置，得到样品不同位置的特征谱线；当完成所有点的光谱采集后，表面成像系统获取作物叶片的表面图像信息，并传输到计算机中；

4)更换不同作物的多个样本，重复步骤1)～步骤3)，得到不同样本的特征谱线；

5)根据待测的重金属和微量元素，从所述的特征谱线中选取不存在自吸收和自反转且强度最高的四条谱线，所选谱线的强度分别为I₁、I₂、I₃、I₄；

6)以样本参考值作为输出Y′，以所述的谱线强度I₁、I₂、I₃、I₄作为输入，建立多种多元回归模型，选取其中四个最优模型，并以这四个模型的预测结果Y₁、Y₂、Y₃、Y₄作为输入，以样本参考值Y′作为输出建立综合模型；综合模型方程为：Y＝mY₁+nY₂+jY₃+kY₄+l，m、n、j、k分别为该综合模型中Y₁、Y₂、Y₃、Y₄对应的回归系数，l是该综合模型的常数；

7)针对待检测作物样本，重复步骤1)～步骤5)，获取四条谱线强度I₁、I₂、I₃、I₄输入所述的综合模型，计算出作物重金属和微量元素的含 量；

8)将步骤3)获得的作物叶片图像信息和步骤7)获得的元素含量信息在计算机中进行数据融合处理，获取作物叶片重金属和微量元素含量的分布图。

在步骤2)中，采用光路爬高系统将第一路激光光路升高，所述的光路爬高系统包括沿光路依次布置的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜位于第一反射镜的正上方，第三反射镜位于样品台的正上方。所述的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为三倍频Nd：YAG激光反射镜，355nm处的反射率在98％以上。

光路爬高系统主要用于抬升光路，并将沿水平方向激光转化为沿垂直方向传播。应用光路爬高系统能有效避免升高激光器位置导致激光不稳定的因素。激光从样品正上方击打样品表面，有利于羽流的有效激发，保证羽流均匀对称分布。由于第一激光器激光经过倍频发生器产生355nm波长激光，为减少激光能量在光路系统的损失，保证激光能量的有效利用率，第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为Nd：YAG三倍频激光反射镜，反射率大于98％。优选的，所述的样品台包括具有三自由度的位移台、活动安装在位移台上的升降板和滑动配合在位移台上的载物台，所述作物样本放置在载物台上；

所述升降板上设有透明的约束窗口，激光透过约束窗口后击打样品；

所述升降板的下方设有约束板，该约束板置于作物样本的正上方，约束板上分布有约束腔，该约束腔用于约束样品激发的高密度羽流，第二路激光由约束板上方2±0.5mm位置击打所述的高密度羽流。

样品台通过空间限制增强谱线强度，能对高密度羽流横向以及纵向进行约束，并根据不同的样本需求调节约束空间大小调节谱线强度，谱线强度增强范围为2-10倍。约束窗口主要用于对高密度羽流纵向进行约束，并对入射激光与高密度羽流产生的特征谱线具有较好的透射率。约束板主要用于对高密度羽流的横向进行约束，并使特征谱线进行约束传播，提高谱线收集效率和谱线强度。

其中，所述的升降板上设有透光口，该透光口处覆盖有透光板，所述 透光口与透光板组成所述的约束窗口。透光板为有机玻璃板，选用材料为N-BK7，厚度为1-5mm，为保证激光有效激发和特征谱线的有效收集，透光板对激光波长和特征谱线的透过率应大于90％，同时，为防止激光对有机玻璃板造成损害，其能量阈值应大于10J/cm²。谱线增强效果受到约束窗口离样品距离的影响。由于样品性质和所要检测的元素谱线强度不同，本发明的约束窗口能在垂直方向进行移动，根据需要调节谱线强度。

约束板为镀铬的铝板，厚度为1～3mm。在铝板的约束腔内进行镀铬，使内腔具有较高的反射率，使特征谱线约束传播，提高谱线收集效率。约束腔采用圆锥形结构，由于其上小下大的结构，比起圆柱型的结构能更好得对高密度羽流进行约束。另外，当高密度羽流从圆锥形约束腔射出时，由于其空间约束加大，其电子密度与运动速度均会得到增强，因此更加有利于谱线信号的增强。

其中，所述的第一路激光对应的第一激光器为Nd:YAG固体脉冲激光器，激光能量300mJ，重复频率为1-10Hz；所述的第二路激光对应的第二激光器为准分子激光器，激光能量为8mJ，重复频率为1-200Hz，波长为193nm。

激光器的波长是影响基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱技术效果的重要参数。研究表明，当采用355nm波长产生羽流并用193nm波长对原子进行荧光激发时，其谱线的信号最强。因此，本发明选用1064nm的固体脉冲激光器，经过三倍频发生器产生355nm激光，其成本也较低。另外，产生荧光激发的激光器为193nm的准分子激光器，能有效对羽流进行激发产生特征谱线。

优选的，所述的多元回归模型包括偏最小二乘法、多元线性回归、主成分回归、逐步线性回归、岭回归、Logistic回归、最小二乘-支持向量机、人工神经网络、极限学习机和高斯过程回归。在多种多元回归模型中，选取决定系数R²大且均方根误差RMSE小的四个最优模型。

本发明采用多种多元回归模型建立作物重金属和微量元素的预测模型。所述的多元回归模型既包括线性回归模型也包括非线性回归模型。各个不同的回归模型均有不同的优缺点与适用对象。如主成份回归、多元线 性回、偏最小二乘法等线性回归方法更适用于光谱值与作物待检测元素线性度较好时。当存在各组分相互作用或存在仪器噪声或基线漂移时，这些线性校正方法便不能获得理想的模型。这时，人工神经网络、最小二乘-支持向量机等非线性回归方法更适合最佳预测模型的建立。由于作物是一种基体复杂的样本，不同的作物其性质存在较大的差异。此外，在农业生产中，重金属和微量元素的检测容易受到环境因素的影响。采用上述所述的多种回归模型并优选四种最优模型能有效保证不同作物样本和不同重金属和微量元素最佳预测效果。

决定系数R²和均方根误差RMSE均是评价模型效果的评价指标。决定系数主要用来表征数据拟合统计模型的效果。当决定系数越接近于1，则模型效果越好；均方根误差用来衡量预测值与真实值的偏差，与准确度的作用相似，当均方根误差越小，越接近于0，表明模型的预测能力越强。在此方法中，根据决定系数大小进行排序，并优先选择均方根误差较小的回归模型，从上述所建立的多种多元回归模型中选择最优的四个模型。

在步骤3)中，采用基线平移和光谱归一化对所述的特征谱线进行预处理，通过基线平移去除背景噪声，采用光谱归一化来校正能量波动和基体校正。

本发明具有的有益效果是：

(1)能快速调节仪器的参数，实现最佳检测参数的优化；

(2)实现了作物重金属和微量元素的快速检测，具有操作简单，成本低等特点。有效克服了传统检测方法检测时间长、操作复杂的特点，避免了化学试剂对环境的污染；

(3)该方法检出限低，对样本的损伤较小。

附图说明

图1为作物重金属和微量元素快速检测的系统结构图；

图2为作物重金属和微量元素快速检测的方法流程图；

图3为样品台的结构图；

图4为图3中样品台的俯视图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于激光烧蚀羽流的激光激发原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测装置，包括第一激光器1，三倍频发生器2，延时发生器3，能量衰减器4，激光能量实时监测系统5，光路爬高系统6，探测器7，光谱仪8，光纤收集系统9，样品台10，第一聚焦透镜11，第二聚焦透镜12，样本表面成像系统13和第二激光器14。

设定延时发生器3控制时序，控制第一激光器1、第二激光器15触发时间和探测器的门控时间。第二激光器14触发时间延迟第一激光器1触发时间100-1000ns，探测器7门控时间在第一激光器1触发时间之后40-100ns。第一激光器1和第二激光器14在延时发生器3控制下依次发出1064nm和193nm两路激光。第一路激光经过三倍频发生器2产生355nm激光，经过能量衰减器4衰减能量。能量衰减器4由半波片41和第一分束镜42组成，半波片41改变激光偏振方向，通过第一分束镜42使一定偏振方向的激光通过。依次经过第一反射镜62和第二反射镜61爬高光路，再经第三反射镜63改变光路，向下传播。激光经第一聚焦透镜11聚焦，打到样品表面形成高密度羽流。第二路激光位于约束板906上方2±0.5mm，经过第二聚焦透镜12，击打到激发出来的高密度羽流上，对原子进行激发。当处于激发态原子冷却跃迁到较低能级时产生特征谱线，经光纤收集系统9收集，经过光谱仪8分光，最终由探测器7上的光电倍增管转化为电信号，通过USB连接到计算机上15，通过建立好的模型数据库，计算出作物重金属和微量元素含量。

光路爬高系统6由第一反射镜62、第二反射镜61和第三反射镜63组成，第一反射镜62、第二反射镜61和第三反射镜63选用1英寸三倍频Nd：YAG激光反射镜，355nm处的反射率在98％以上。

光纤收集系统9由光收集器和光纤组成。样本表面成像系统13包括CCD相机134、成像镜头133、第三分束镜132、照明LED光源131。

探测器7为ICCD探测器，光谱仪8为中阶梯光栅光谱仪，能量衰减器4由半波片41和第一分束镜42组成。

延时发生器3控制第一激光器1、第二激光器14和ICCD探测器7的门控时间。延时发生器设置第一激光器调Q信号的触发时间在氙灯信号触发之后150±20μs。探测器的控制开启时间为第二激光器触发之后30-100ns。第二路激光上下位置的调节由样品台10实现。控制位移台Z方向，使第二路激光位于约束板上方2±0.5mm。第一激光器1为Nd:YAG固体脉冲激光器，激光能量300mJ(@1064nm)，重复频率为1-10Hz；第二激光器14为准分子激光器，激光能量为8mJ，重复频率为1-200Hz，波长为193nm。

激光能量实时监测反馈系统5由热电脉冲探头51、第二分束镜52、USB连接线以及计算机15组成。所要监测的激光通过3：7分束镜分出30％的激光能量，由热电脉冲探头接收，通过USB连接线连接到计算机，在专用软件上实时显示记录激光的能量，用于后序数据分析。

第一聚焦透镜11和第二聚焦透镜12安装于沿光轴方向具有调节自由度的透镜安装架中，用于调节样本与透镜的距离，从而控制击打到样品上的激光参数。第一聚焦透镜11和第二聚焦透镜12选用紫外熔融石英玻璃，焦距分别为50nm和75nm。

如图2和图3所示，样品台10包括齿条升降杆901，齿轮滑块902，直角转接板903，约束窗口904，圆柱导轨905，约束板906，V型滑块907，组合电移台909，拉杆910，约束腔911。组合电移台909采用三自由度的位移台。齿条升降杆901竖直安装在组合电移台909上，齿轮滑块902与齿条升降杆901啮合，可沿垂直方向上下移动。直角转接板903通过螺栓固定于齿轮滑块902上，平面设有矩形的透光口，透光口边缘设有支撑台阶，透光口内设有透光板，形成约束窗口904。圆柱导轨905固定在组合电移台909上，约束板906可沿圆柱导轨905上下滑动。圆柱导轨905和齿条升降杆901均通过螺栓联接于组合电移台909上。组合电移台909开有V型槽，V型滑块907在拉杆910作用下可沿V型槽左右滑动，拉杆910通过螺纹固定于V型滑块907内。样品908放置V型滑块907(相当于载物台)上，激光从上方向下击打，通过约束窗口904，并经过约束板906，击打到样品表面，激发高密度羽流，原子激发产生的特征谱线由光 纤收集系统9收集。

约束窗口904的材料为N-BK7，厚度为1-5mm，透过率大于90％，能量阈值大于10J/cm²。约束窗口904主要用于对高密度羽流纵向进行约束，并对入射激光与高密度羽流产生的特征谱线具有较好的透射率。N-BK7是一种常见的光学玻璃，能够透过350nm-2000nm波段的光，其激光的透射率大于90％，能量阈值大于10J/cm²。因此约束窗口904选用材料为N-BK7，厚度为1-3m。约束窗口904可在齿轮滑块902作用下沿垂直方向进行移动。谱线增强效果受到约束窗口离样品距离的影响。由于样品性质和所要检测的元素谱线强度不同，本发明的约束窗口904能在垂直方向进行移动，根据需要调节谱线强度。

在本实施例中，约束板906的材料为镀铬的铝板，厚度为1mm，其中间均匀布有圆锥形约束腔911，上锥面直径和下锥面直径分别是2mm和3mm。约束腔911之间距离应与组合电移台909规划位移相一致。约束板906主要用于对高密度羽流的横向进行约束，并使特征谱线进行约束传播，提高谱线收集效率和谱线强度，谱线强度增强范围为2-10倍。在铝板的约束腔911内进行镀铬，使内腔具有较高的反射率，使特征谱线约束传播，提高谱线收集效率。约束腔采用圆锥形结构，由于其上小下大的结构，比起圆柱型的结构能更好得对高密度羽流进行约束。另外，当高密度羽流从圆锥形约束腔射出时，由于其空间约束加大，其电子密度与运动速度均会得到增强，因此更加有利于谱线信号的增强。约束板906的约束腔之间距离与组合电移台909规划位移相一致，能适用于激光诱导击穿光谱面扫描的工作方式。本发明采用约束板906覆盖样品表面，有利于平整样品表面提高重复性，避免激发颗粒污染其它待测区域。当待测样品为新鲜叶片等表面不平整样品时，其待测区域与透镜距离存在差异，进而影响激光到达样品的激光参数。激光诱导击穿光谱的检测稳定性与待检测区域的激光参数息息相关，因此平整样品表面有利于固定激光参数提高检测的重复性。此外，约束板906的上小下大圆锥形结构有利于最大程度地避免由上一个检测区域激发颗粒污染，保证所检测对象为待检测区域的元素。

V型滑块907在拉杆910作用下可沿V型槽移动，采用此V型滑块 导轨结构，避免升高约束窗口和约束板等繁琐操作。约束板906与圆柱导轨905之间的连接为紧连接，在重力作用下约束板906不能自由下滑。

控制组合电移台909使约束板906的圆锥型约束腔911与上方激光的位置相对应，设置组合电移台909的工作步长是圆锥形约束腔相邻距离或倍数。共轴双脉冲激光经过光路系统，经聚焦透镜从上方向下传播，穿过约束窗口904，并经过圆锥形约束腔击打样品。约束窗口904的其激光透过率大于90％，能量阈值大于10J/cm²。特征谱线由上方的光纤收集系统收集。每个位置可根据实际要求选择所需击打的次数，当完成一个位置之后通过组合电移台909移动进行多个位置光谱采集。当无约束窗口904和约束板906时，激发出的高密度羽流为自由激发状态；当对激发的高密度羽流进行限制后，高密度羽流的密度增加，温度升高，增强了激发原子的谱线强度。

如图2所示，基于激光烧蚀羽流的激光激发原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，具体步骤如下：

(1)用去离子水清洗作物样本，放置于样品台上。

(2)根据选择的不同工作参数，调节仪器系统参数。通过能量衰减器改变达到样本表面激光能量。旋转能量衰减器的半波片改变激光偏振方向，不同偏振方向通过分束镜的能量不同。调节第一聚焦透镜沿光轴方向的位移，控制透镜到样本表面的距离，控制样本表面激光参数。设置延时发生器时序控制第一激光器、第二激光器和探测器的门控时间。当采集谱线的信噪比高于阈值时，开始作物样本光谱采集，否则重复步骤(2)，直到满足要求。

(3)采集作物样本的原子光谱。当能量实时检测系统所采集的激光能量趋于稳定时，开始采集作物样本的原子光谱。通过xyz三自由度位移台改变激光击打样品位置，避免重复击打。每个样本采集10个位置，每个点采集10条光谱，共100条光谱。对100条原子光谱取平均代表一个样本。当完成所有点的光谱采集后，表面成像系统获取作物叶片的表面图像信息，并传输到计算机中。

(4)对采集到的原子光谱进行预处理，包括基线平移(去除背景噪 声)、光谱归一化(校正能量波动和基体校正)等。根据原子信息数据库选择所测元素的谱线，所选特征谱线应为不存在自吸收四条谱线强度最强的谱线，所选谱线的强度设为I₁、I₂、I₃、I₄。

(5)通过参考方法如原子吸收光谱，获取不同作物多个样本的重金属和微量元素参考值，设为Y′。以样本参考值Y′作为输出，重复步骤(1)到(4)获取不同样本谱线强度I₁、I₂、I₃、I₄作为输入，分别建立偏最小二乘法、多元线性回归、主成分回归、逐步线性回归、岭回归、Logistic回归、最小二乘-支持向量机、人工神经网络、极限学习机、高斯过程回归等模型，从中选取4个最优预测模型Y₁、Y₂、Y₃、Y₄。以多元线性回归模型为例，则模型方程为：Y₄＝aI₁+bI₂+cI₃+dI₄+e，a、b、c、d分别为该多元线性回归方程中I₁、I₂、I₃、I₄对应的回归系数，e是该多元线性回归方程的常数。以四个预测模型预测结果Y₁、Y₂、Y₃、Y₄作为输入，以样本参考值Y′作为输出建立综合模型，模型方程为：Y＝mY₁+nY₂+jY₃+kY₄+l，m、n、j、k分别为该综合模型中Y₁、Y₂、Y₃、Y₄对应的回归系数，l是该综合模型的常数。以最终二次拟合的综合模型建立多种作物的模型数据库用于快速预测作物重金属和微量元素含量。

(6)获取待检测作物样本，重复步骤(1)到(4)获取4条谱线强度I₁、I₂、I₃、I₄作为输入，以步骤(5)建立的模型数据库计算重金属和微量元素含量。

(7)将步骤(3)获得的作物叶片图像信息和步骤(6)获得的元素含量信息在计算机中进行数据融合处理，获取作物叶片重金属和微量元素含量的分布图。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本方面做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，其特征在于，包括步骤：

1)采用去离子水清洗作物样本，放置于样品台上；

2)第一路激光经三倍频发生器形成355nm激光，光路升高后由样品台正上方聚焦击打样本表面，形成高密度羽流；第二路激光由样本上方击打所述的高密度羽流，对原子进行激发；

3)激光能量趋于稳定时，采集作物样本的原子光谱，并通过样品台改变激光击打样本位置，得到样本不同位置的特征谱线；当完成所有点的光谱采集后，表面成像系统获取作物叶片的表面图像信息，并传输到计算机中；

4)更换不同作物的多个样本，重复步骤1)～步骤3)，得到不同样本的特征谱线；

5)根据待测的重金属和微量元素，从所述的特征谱线中选取不存在自吸收和自反转且强度最高的四条谱线，所选谱线的强度分别为I₁、I₂、I₃、I₄；

6)以样本参考值作为输出Y′，以所述的谱线强度I₁、I₂、I₃、I₄作为输入，建立多种多元回归模型，选取其中四个最优模型，并以这四个模型的预测结果Y₁、Y₂、Y₃、Y₄作为输入，以样本参考值Y′作为输出建立综合模型；综合模型方程为：Y＝mY₁+nY₂+jY₃+kY₄+l，m、n、j、k分别为该综合模型中Y₁、Y₂、Y₃、Y₄对应的回归系数，l是该综合模型的常数；

7)针对待检测作物样本，重复步骤1)～步骤5)，获取四条谱线强度I₁、I₂、I₃、I₄输入所述的综合模型，计算出作物重金属和微量元素的含量；

8)将步骤3)获得的作物叶片图像信息和步骤7)获得的元素含量信息在计算机中进行数据融合处理，获取作物叶片重金属和微量元素含量的分布图。

2.如权利要求1所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，其特征在于，采用光路爬高系统将第一路激光光路升高，所述的光路爬高系统包括沿光路依次布置的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，所述第二反射镜位于第一反射镜的正上方，第三反射镜位于样品台的正上方。

3.如权利要求2所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，其特征在于，所述的第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜均为三倍频Nd：YAG激光反射镜，355nm处的反射率在98％以上。

4.如权利要求1所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，其特征在于，所述的样品台包括具有三自由度的位移台、活动安装在位移台上的升降板和滑动配合在位移台上的载物台，所述作物样本放置在载物台上；

所述升降板上设有透明的约束窗口，激光透过约束窗口后击打样本；

所述升降板的下方设有约束板，该约束板置于作物样本的正上方，约束板上分布有约束腔，该约束腔用于约束样本激发的高密度羽流，第二路激光由约束板上方2±0.5mm位置击打所述的高密度羽流。

5.如权利要求4所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，其特征在于，所述的升降板上设有透光口，该透光口处覆盖有透光板，所述透光口与透光板组成所述的约束窗口。

6.如权利要求5所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，其特征在于，所述约束板为镀铬的铝板，约束腔为圆锥形。

7.如权利要求1所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，其特征在于，所述的第一路激光对应的第一激光器为Nd:YAG固体脉冲激光器，激光能量300mJ，重复频率为1-10Hz；

所述的第二路激光对应的第二激光器为准分子激光器，激光能量为8mJ，重复频率为1-200Hz，波长为193nm。

8.如权利要求1所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，其特征在于，所述的多元回归模型包括偏最小二乘法、多元线性回归、主成分回归、逐步线性回归、岭回归、Logistic回归、最小二乘-支持向量机、人工神经网络、极限学习机和高斯过程回归。

9.如权利要求8所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，其特征在于，在多种多元回归模型中，选取决定系数R²大且均方根误差RMSE小的四个最优模型。

10.如权利要求1所述的基于激光烧蚀羽流的原子荧光光谱作物重金属和微量元素快速检测方法，其特征在于，在步骤3)中，采用基线平移和光谱归一化对所述的特征谱线进行预处理。