Sensing of hazardous metals is urgent in many areas (e.g., water pollution and meat products) as heavy metals threaten people’s health. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), as a rapid, in situ, and multielemental analytical technique, has been widely utilized in rapid hazardous heavy metal sensing. However, loose and water-containing samples (e.g., meat, plant, and soil) are hard to analyze by LIBS directly, and heavy metal depth profiling for bulk samples remains suspenseful. Here, inspired by the Needle, the sword of Arya Stark in Game of Thrones, we propose an insertable, scabbarded, and nanoetched silver (NE-Ag) needle sensor for rapid hazardous element sensing and depth profiling. The NE-Ag needle sensor features a micro–nanostructure surface for inserting into the bulk sample and absorbing hazardous analytes. For accurate elemental depth profiling, we design a stainless-steel scabbard to wrap and protect the NE-Ag needle from pollution (unexpected contaminant absorption) during the needle insertion and extraction process. The results for cadmium (Cd) show that the relative standard deviation equals to 6.7% and the limit of detection reaches 0.8 mg/L (ppm). Furthermore, the correlations (Pearson correlation coefficient) for Cd and chromium (Cr) depth profiling results are no less than 0.96. Furthermore, the total testing time could be less than 1 h. All in all, the insertable and scabbarded NE-Ag needle senor has high potential in rapid hazardous heavy metal depth profiling in different industries.

中文翻译：

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通过激光诱导击穿光谱法进行危险元素深度分析的可插入、带鞘和纳米蚀刻银针传感器

由于重金属威胁人们的健康，因此在许多领域（例如，水污染和肉制品）检测有害金属是紧迫的。激光诱导击穿光谱 (LIBS) 作为一种快速、原位和多元素分析技术，已广泛用于快速危险重金属传感。然而，LIBS 很难直接分析松散和含水的样品（例如，肉类、植物和土壤），而散装样品的重金属深度剖析仍然悬而未决。在这里，受《权力的游戏》中艾莉亚史塔克的剑针的启发，我们提出了一种可插入的、带鞘的、纳米蚀刻的银 (NE-Ag) 针传感器，用于快速检测危险元素和深度分析。NE-Ag 针式传感器具有微纳米结构表面，可插入大块样品并吸收有害分析物。为了准确的元素深度分析，我们设计了一个不锈钢刀鞘来包裹和保护 NE-Ag 针在针插入和拔出过程中免受污染（意外的污染物吸收）。镉 (Cd) 的结果表明，相对标准偏差等于 6.7%，检出限达到 0.8 mg/L (ppm)。此外，Cd 和铬 (Cr) 深度剖析结果的相关性（Pearson 相关系数）不低于 0.96。此外，总测试时间可能少于 1 小时。总而言之，可插入和带鞘的NE-Ag针式传感器在不同行业的快速危险重金属深度分析中具有很高的潜力。我们设计了一个不锈钢刀鞘来包裹和保护 NE-Ag 针在进针和拔出过程中免受污染（意外的污染物吸收）。镉 (Cd) 的结果表明，相对标准偏差等于 6.7%，检出限达到 0.8 mg/L (ppm)。此外，Cd 和铬 (Cr) 深度剖析结果的相关性（Pearson 相关系数）不低于 0.96。此外，总测试时间可能少于 1 小时。总而言之，可插入和带鞘的NE-Ag针式传感器在不同行业的快速危险重金属深度分析中具有很高的潜力。我们设计了一个不锈钢刀鞘来包裹和保护 NE-Ag 针在进针和拔出过程中免受污染（意外的污染物吸收）。镉 (Cd) 的结果表明，相对标准偏差等于 6.7%，检出限达到 0.8 mg/L (ppm)。此外，Cd 和铬 (Cr) 深度剖析结果的相关性（Pearson 相关系数）不低于 0.96。此外，总测试时间可能少于 1 小时。总而言之，可插入和带鞘的NE-Ag针式传感器在不同行业的快速危险重金属深度分析中具有很高的潜力。Cd 和铬 (Cr) 深度剖析结果的相关性（Pearson 相关系数）不低于 0.96。此外，总测试时间可能少于 1 小时。总而言之，可插入和带鞘的NE-Ag针式传感器在不同行业的快速危险重金属深度分析中具有很高的潜力。Cd 和铬 (Cr) 深度剖析结果的相关性（Pearson 相关系数）不低于 0.96。此外，总测试时间可能少于 1 小时。总而言之，可插入和带鞘的NE-Ag针式传感器在不同行业的快速危险重金属深度分析中具有很高的潜力。