利用LIBS技术对电烙铁的烟雾进行在线分析

为了研究电烙铁工作时焊接含铅锡线产生的烟雾对局域空气的污染,设计了一套基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的实验系统,对电烙铁焊接含铅锡线的烟雾进行在线分析,在烟雾的光谱中发现了重金属元素铅的特征谱线。使用元素内标法对铅元素进行定量分析,通过分析铅元素的等离子体温度与电子数密度的相关特性,验证了实验所得光谱的有效性。结果表明,通过拟合曲线获得铅元素的检出限为19.35×10^-5;对比传统化学的化验方法,基于激光诱导击穿光谱的电烙铁焊接锡线的场景检测实验系统和方法具有在线、原位、快速的优越性。该研究对解决电烙铁工作时室内空气的污染,减轻对使用者健康造成的危害是有帮助的。     

相关向量机结合主成分分析应用于LIBS技术定量分析

采用相关向量机(RVM)结合主成分分析(PCA)建立了激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测土壤中Cr元素含量的定量分析模型。配制了14个不同Cr元素浓度的土壤样品,选取其中10个作为训练样品集用于构建模型,另外4个作为测试样品集用于模型性能评估。结果表明,对于土壤中Cr元素含量的测量,PCA-RVM模型的预测精度明显优于RVM模型,整体预测均方根误差由RVM模型的8.00%减小到PCA-RVM模型的3.21%,预测精度提高了59.9%。对测试样品集中全部4个待测样品,PCA-RVM模型多次重复预测结果的相对标准偏差相较于RVM模型都显著减小,且均小于1.89%,表明其预测结果具有更好的稳定性。     

水体重金属多元素LIBS测量连续背景光谱去除方法研究

连续背景光谱是影响水体重金属多元素激光诱导击穿光谱(LIBS)定量测量的重要因素,依据背景光谱变化缓慢和特征谱线半峰全宽窄的特性,研究了滑动窗口积分斜率算法去除连续背景的方法。设置合适的窗口宽度和变化率阈值识别背景光谱和特征峰位,对窗口内的背景进行赋值操作,完成整个背景光谱的提取。实验结果表明,Pb、Cu元素特征信号的信背比是背景去除前的5.7倍和1.95倍,特征信号的相对标准偏差分别降低了2%和2.5%。滑动窗口积分斜率算法是一种稳定有效的LIBS光谱背景去除方法,为其他光谱分析技术中连续背景的去除提供了参考。     

应用LIBS技术检测食盐中的镉

为了实现食盐中重金属镉(Cd)的快速定量检测，以193nm的自制准分子激光器作为激发光源，通过外部添加重金属元素Cd制作了8组食盐样品，采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术，选取Cd Ⅰ228.8nm特征谱线作为分析线，进行了理论分析和实验验证。结果表明，延迟时间为1.5μs时，能够获得较好的光谱强度和信背比；谱线强度与Cd的质量分数具有很好的线性关系，拟合度为0.984，预测相对误差小于7%，检测限为0.65mg/kg。LIBS检测技术不仅具有快捷方便、无需繁琐样品准备等优点，而且具有较高的检测精度，是一种在食品安全快速检测领域中非常新颖的、有潜力的检测技术。     

蚊香元素成分的LIBS检测分析

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一项很有前景的元素分析技术,具有原位测量、远程监控等优势,而对蚊香样品的LIBS检测应用是一项较新的课题。为将LIBS技术实际应用于环境监测领域,实验中利用时间分辨的激光诱导击穿光谱技术对蚊香样品的激光等离子体光谱进行了测量和分析,确定出蚊香中Al、Mn、Mg、Sr、Zn、Ba、Na、Ca、Fe、Si和H的11种元素成分;基于等离子体局域热动力学平衡模型,计算了等离子体温度。利用自由定标分析方法计算了上述元素的相对含量。实验结果表明激光诱导击穿光谱技术可以用于有害元素的快捷有效检测。     

土壤中铅元素的激光诱导击穿光谱测量分析

利用Nd∶YAG脉冲激光器(波长:1064 nm)作光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和ICCD为谱线分离与探测器件,测量并分析土壤中铅元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)特性。以铅的(Pb:405.78 nm)特征谱线作为分析线,测定不同铅浓度下的特征谱线强度。结果表明铅的质量分数在40×10-6~1350×10-6范围内,谱线强度随浓度的增加而增加。给出铅元素的定标曲线,并计算得到铅元素的检测限约为25.82×10-6质量分数。LIBS测量值与X射线荧光光谱(XRF)测量值的相对误差最大值为8%。     

LIBS应用于甲烷层流扩散火焰空间分布研究

为了研究扩散火焰空间分布特性,采用具有空间分辨能力的激光诱导击穿光谱技术对甲烷/空气本生灯扩散火焰进行了实验研究,得到了不同流量（0.100L/min,0.120L/min）、不同高度（7mm,9mm,11mm）的火焰以及中心轴线上的击穿阈值、等离子体能量、光谱强度比等相关参量的分布情况。结果表明,等离子体能量可以用来定性描述扩散火焰温度空间变化规律,结合分析等离子体能量和H/O谱线强度比的分布情况可确定扩散火焰不同高度上火焰前沿的位置以及第二燃烧区域的宽度;根据相关实验点近似得到H/O谱线强度比与火焰局部当量比线性关系式,可得到不同流量条件下扩散火焰轴向当量比分布情况以及火焰长度。此研究结果对于激光诱导击穿光谱技术应用于燃烧诊断方面具有重要意义。     

石墨富集方式下水中Cr元素的LIBS检测

为了在石墨富集的方式下测量并分析水中Cr元素的激光诱导击穿光谱特性,利用Nd:YAG脉冲激光器作为激发光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为光信号分离和探测器件,以Cr元素的425.435nm谱线作为分析线,研究了水中Cr元素的时间衰减特性。结果表明,最佳延时时间为1100ns,最佳门宽为1800ns,通过对具有不同Cr元素含量的样品的测量,给出了Cr元素的定标曲线,并最终计算取得Cr元素的检出限为0.520mg/L。这一结果为激光诱导击穿光谱应用于水中Cr元素的快速检测提供了数据参考。     

基于激光诱导离解光谱的物质成分分析技术

阐述了激光诱导离解光谱分析技术的工作机理.基于Nd:YAG激光器和CCD器件多通道光栅光谱仪,建立了一套激光诱导离解光谱探测实验装置,针对激光脉冲能量,延迟探测时间,周围气体压强对LIBS探测性能的影响开展了相应的实验研究,实验结果证明:在较低脉冲能量下也可以获得原子光谱信号;适当调节延迟探测时间可以获得最佳的探测信噪比,某些样品几乎不辐射出强的背景连续谱,可以省去延迟探测;在5×10-5 Pa的低压条件下仍然可以获得信噪比较高的原子光谱信号,但信号的强度与大气气压相比明显变小;通过对低压样品室中高纯度样品的探测分析获取标准原子谱线,与未知样品的原子谱线比较以消除系统识别误差,从而准确识别出未知样品中的组成元素.     

基于遗传神经网络的激光诱导击穿光谱元素定量分析技术

提出了一种基于遗传神经网络定量分析模型的激光诱导击穿光谱(LIBS)分析技术。采用误差反向传播(BP)算法构造三层神经网络(ANN)结构,通过遗传算法对神经网络权值和阈值进行优化,并将该定量分析模型与LIBS技术有机结合,实现了元素含量的高精度检测。对土壤中的Ba和Ni元素进行定量检测,平均相对误差分别为4.15%和6.06%,相关系数分别为0.983和0.990,检测精度明显优于BP-ANN方法和光谱分析中常用的内标法。研究表明遗传神经网络建模方法具有很好的预测效果,为LIBS技术进行元素高精度检测提供了一种新的建模方法。     

激光诱导击穿光谱物质辨识与定量分析

综述了激光诱导击穿光谱分析技术(LIBS)在不同对象领域应用中的谱图分析方法.随着激光诱导击穿光谱应用对象的不断扩展与分析要求的变化,其定量分析方法已不局限于传统标样定标曲线分析模型,发展出了自由定标模型、各类内标法模型、自相关定量模型、神经网络分析模型等新的激光诱导击穿光谱分析方法.对每种方法的定量分析原理、分析能力水平与适用对象范围进行了详细的分析比较.     

应用激光诱导击穿光谱测量水体中痕量重金属锌

利用激光诱导击穿光谱(LIBS)对水体中痕量重金属锌进行定性及定量分析,以1064nm波长Nd…YAG脉冲激光为激发光源,采用高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件(ICCD)为谱线分离与探测器件,以锌(Zn:481.1nm)特征谱线作为分析线,测定不同浓度下的特征谱线强度。实验中以固体圆饼状石墨块为样品基体进行元素富集,滴定固定量的已知不同浓度的氯化锌溶液于基体表面固定区域,烘干并制备实验待测样品。结果表明,锌的最佳探测延迟时间为1100ns,元素谱线强度随着样品浓度的增加而增大并在较低浓度下呈线性关系,得到水体中锌元素的痕量检测限4.108mg/L。研究结果为进一步开展水体痕量重金属的激光诱导击穿光谱测量提供了方法。     

溶液中铬元素的激光诱导击穿光谱检测

采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对含铬污水溶液中的重金属元素铬开展了探测实验。根据一系列含铬浓度不同的污水样品的LIBS实验结果,获得元素浓度和强度之间的关系曲线,即定标曲线。对CrⅡ(283.43nm)及CrⅠ(425.45nm)两处谱线进行了分析和比较。实验发现,283.43nm处原子辐射信号强度比425.45nm谱线强2倍;从定标曲线的线性相关度及信背比来看CrⅡ(283.43nm)谱线要优于CrⅠ(425.45nm)。计算二者检测限,质量浓度分别为80μg/mL(283.43nm)及170μg/mL(425.45nm)。实验采用CrⅡ(283.43nm)的定标曲线对含铬污水溶液进行了定量分析,测得该污水溶液的含铬质量浓度为333μg/mL,与采用原子吸收分光光度计所得到的检测结果(309μg/mL)符合较好。结果表明,在对铬元素进行LIBS检测时选用CrⅡ(283.43nm)谱线要优于CrⅠ(425.45nm)谱线。采用LIBS方法可实现对污水溶液中Cr元素的快速检测,具有很好的应用前景。     

土壤中微量重金属元素Pb的激光诱导击穿谱

从实验上测定了土壤在可见光谱区的激光诱导击穿光谱(LIBS),对测定的光谱结构进行了分析,并对可观测的谱线进行了归属,得出土壤所含的主要元素和部分微量元素;测定了不同Pb掺杂浓度下土壤中微量元素Pb405.78 nm谱线的强度,采用内标法拟合得到了该分析谱线的激光诱导击穿光谱定标曲线,由定标曲线的拟合结果计算得到Pb元素的检测限质量分数为36.7×10-6。     

LIBS水下原位探测技术研究进展

作为一种分析技术,激光诱导击穿光谱(Laser induced breakdown spectroscopy, LIBS)近年来在各个领域有着快速的发展, 在水下的应用也逐渐受到关注。对LIBS水下研究从实验室模拟到现场试验、从机理研究到技术发展都进行了回顾,并以 中国海洋大学研制的深海LIBS原位探测系统LIBSea为例,给出了LIBS系统在海洋探测中获得的典型结果,最后对未 来5~10年LIBS水下研究方向进行了展望。     

应用LIBS技术定量检测湖水样品中的铜

为了对湖水中的铜元素含量进行定性分析及定量检测,实验采用了激光诱导击穿光谱(LIBS)技术,进行了理论分析和实验验证。以120mJ激光能量值,1.28μs延时时间和1Hz重复频率,测定了Cu元素浓度在2～75mg/L区域内变化时324.75nm谱线的强度值。对Cu元素的特征谱线进行了定性分析;建立了Cu元素浓度与谱线强度的定标曲线,该定标曲线线性拟合相关度R2=0.99;通过检测限公式得到铜元素的检测限为7.37mg/L。采用该定标曲线对湖水中的Cu元素含量进行了定量检测,得到湖水中Cu元素浓度为10mg/L。实验表明,采用LIBS方法可对水溶液中重金属元素铜进行快速检测。     

液体中Cu元素双脉冲激光诱导击穿光谱测量研究

为了研究液体中重金属元素的双脉冲激光诱导击穿光谱,文章通过双脉冲激光诱导击穿光谱(Double Pulse Laser Induced Breakdown Spectroscopy)技术,对竖直流动的CuSO4水溶液样品中Cu元素激光诱导击穿光谱的特性进行测量和分析。实验中使用两台532nm Nd:YAG激光器作为激发光源,等离子体信号通过光栅光谱仪和CCD进行采集。实验考察DP-LIBS积分延时、激光脉冲间隔等参数对LIBS信号的影响。研究结果表明Cu元素双脉冲激发时的等离子体特征谱线发射强度是单脉冲激发时特征谱线发射强度的2倍左右,信噪比约为3.3倍,当两束激光脉冲间隔2~3μs时,谱线发射强度有最大增强,最后由定标曲线拟合结果得到Cu元素在双脉冲检测限为9.87mg/L,比单脉冲LIBS提高了约6倍,实验结果为双脉冲LIBS技术应用于水体中重金属快速检测提供了依据。     

复合肥氮磷钾元素含量的激光诱导击穿光谱同步测量

将激光诱导击穿光谱(LIBS)技术应用于复合肥样品中N,P和K元素含量的同步测量。选用10个已知样品作为定标样品,使用偏最小二乘法(PLS)分别建立各个元素定量分析的回归模型;然后使用5个待测样品检验这些模型的定量分析结果,并将预测结果与电感耦合等离子体发射光谱法测得的参考含量作对比。结果表明,激光诱导击穿光谱技术能够同时检测出5个待测样品的N,P和K元素的含量,待测结果的平均相对误差(REP)小于8%质量分数,平均相对标准偏差小于7%质量分数,检测极限值分别为0.16%,0.21%和0.50%质量分数。实验验证了LIBS技术同步快速准确测量复合肥中三大营养元素的能力。