基于偏振分辨LIBS技术的土壤重金属检测研究

为提高土壤重金属激光诱导击穿光谱(LIBS)特征谱线的信背比(SBR)和稳定性,并降低元素检测限,研究了土壤LIBS连续背景辐射以及Fe、Pb、Ca、Mg等4种元素特征分立谱线的偏振特性,对比分析了有、无偏振条件下元素特征谱线的相对标准偏差(RSD)、SBR与检测限。结果表明:4种元素的特征谱线FeⅠ:404.581nm、PbⅠ:405.780nm、CaⅠ:422.670nm和MgⅠ:518.361nm及其相应连续背景辐射的偏振度分别为0.27、0.17、0.25、0.23和0.70、0.64、0.69、0.67。偏振分辨LIBS(PRLIBS)技术使得4条特征谱线FeⅠ:404.581nm、PbⅠ:405.780nm、CaⅠ:422.670nm和MgⅠ:518.361nm的RSD分别降低了3.28%、2.2%、3.24%和1.34%。PRLIBS技术有效抑制了连续背景辐射,4种元素特征谱线的SBR分别提高了5.59、5.67、5.30、7.35倍。在有、无偏振条件下,Pb元素的检测限分别为17.4×10~(-6)和39.4×10~(-6),偏振条件下的检测限为无偏振条件下的44%。以上研究结果为进一步提升土壤重金属的LIBS定量分析能力提供了数据支撑。     

基于分光透射比模型提高镉等离子体特征光谱识别能力的研究

为了降低或消除激光诱导击穿光谱（LIBS）检测过程中激光能量、背景辐射、噪声信号对特征光谱信息的影响,以镉靶材为对象,构建偏振分辨激光诱导击穿光谱（PRLIBS）系统,探索提高重金属污染物LIBS分析能力的方法。结合光波在多层媒介传播过程中的菲涅耳方程,分析入射光波长对光强透射比的作用机理,构建正入射方向上的等离子体辐射强度分光透射比模型。利用该模型获得了相同条件下的LIBS、PRLIBS光谱数据,比较了镉元素特征谱线强度的相对标准偏差（RSD）,并分析了不同延迟时间下特征谱线强度的变化趋势。结果表明：在低能量密度情况下,PRLIBS具有明显的测量优势,可以采集到更多的特征峰信号,并且PRLIBS光谱特征谱线强度的RSD值小于相同检测参数下LIBS光谱特征谱线强度的RSD值,说明分光透射比模型能够有效提高等离子体光谱的稳定性;LIBS与PRLIBS的谱线强度随延迟时间的变化趋势一致,说明PRLIBS并不影响原有LIBS的延迟时间;随着脉冲能量增大,分光透射比模型可以有效降低基线漂移和背景辐射,增强光谱的分辨能力;分光透射比模型不仅保留了连续谱中的有效信息,还提高了谱线识别的稳定性,对于...     

激光诱导钢靶等离子体时间分辨光谱特性研究

为了改善激光诱导击穿光谱质量,使用具有时间分辨功能的光谱仪采集激光诱导钢靶等离子体光谱,研究了钢靶等离子体辐射光谱随延迟时间的变化特性。结果表明,光谱强度和背景强度随延时皆呈指数衰减,原子谱线强度在前4μs内衰减更快但寿命较长,离子谱线存在寿命较短;采集延时对不同谱线的信噪比影响不同,Mn I403.08nm、Cr I 428.97nm、CrⅡ458.82nm、Fe I 430.79nm和FeⅡ503.57nm谱线得到的最佳延时分别为8,2,0,2,4μs。采用双线法和Boltzmann曲线法计算等离子体温度、Saha-Boltzmann方程计算电子密度,验证了在0~10μs范围内采集到的光谱信号满足局部热平衡状态。     

应用于LIBS的CCD光谱测量系统

为了探测激光诱导击穿光谱(LIBS)的信号,设计了CCD同步光谱测量系统。该系统采用高灵敏度的SonyILX554B线阵CCD作为光谱探测器,运用一种新的驱动方法,可灵活控制CCD的触发延迟时间和光积分时间,从而最大限度地滤除LIBS背景辐射的干扰,得到最佳的原子辐射信号,提高LIBS检测的灵敏度。通过测量各种样品的LIBS信号在不同延迟时间和积分时间时的谱线图,证实其在LIBS宽谱、快速测量中的有效性,为开发低成本LIBS测量仪提供了技术依据。     

基于激光诱导击穿光谱的煤样典型特性研究北大核心CSCD

为了准确检测煤样的各种元素含量、灰分和发热量等工业指标,提出利用激光诱导击穿光谱技术进行煤样的光谱强度信息采集。激光诱导击穿光谱技术作为一种新型的元素分析技术,通过高能脉冲激光聚集在样品表面,分析等离子体释放出的元素谱线信息,得出样品元素含量和组成。而光谱信息采样的延迟时间是光谱检测中一个非常重要的参数,为了研究延迟时间对煤样激光诱导击穿光谱信号强弱的影响,提出了通过连续背景强度变化和相对标准偏差计算来判定测量煤样的最佳延迟时间。本研究选取山东济南众标科技有限公司的三种标准煤样作为研究对象,实验测试使用Nd∶YAG脉冲激光器,波长为1064nm。对于煤质的检测,采用AvaSpec Dual型光纤光谱仪,光谱探测波长范围为两通道195~467nm和615~973nm。延迟时间为247~252μs对三种标准煤样ZBM100、ZBM101、ZBM104的光谱信息进行特征分析,通过光谱信号强度和连续背景强度随延迟时间变化的关系,判断出247~252μs范围内的最佳延迟时间。随着延迟时间的增加,连续背景强度快速衰减,在250μs时,连续背景强度和光谱信号强度分别衰减到延迟时间为247μs时的30和50。其次通过在不同延迟时间下相对标准偏差的计算,判断出标准煤样样本中Al、Si、Fe三种元素最佳延迟时间为247μs、248μs、249μs所对应的标准偏差达到最小值,得到因选用标准煤样对象不同其相对标准偏差对应元素的最佳延迟时间也会有所差异。研究结果表明,三种标准煤样ZBM100、ZBM101、ZBM104的光谱强度在247~252μs的最佳采样延迟时间为250μs。此实验研究结果,为激光诱导击穿光谱技术探测和分析煤质检测的最佳延迟时间提供了依据。     

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%。     

基于腔体约束激光诱导击穿铝土矿光谱的参数优化

基于外加腔体约束方法,对铝土矿中Al、Si两种元素的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验参数进行了优化研究。通过设置压强、激光能量、延迟时间等参数,使用传统LIBS和外加腔体约束LIBS（CC-LIBS）分别对铝土矿样品进行激光烧蚀,选择Si Ⅰ 288.15 nm和Al Ⅰ 308.21 nm作为特征谱线对最优实验条件进行了分析。结果表明:压强为150 MPa时,谱线强度偏差最小;能量为80 mJ时,采集到的特征谱线信噪比(SNR)最大;延迟时间为1 μs时,Al、Si两种元素得到的SNR最优,从而确定了最佳实验条件。与传统的LIBS相比,CC-LIBS采集到的特征谱线强度、SNR都有所提高,为铝土矿中Al、Si元素的检测提供了新的实验依据与思路,具有一定的参考价值。     

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。     

正交再加热双脉冲激光诱导黄连等离子体的光谱特性

搭建了正交的再加热双脉冲激光诱导击穿光谱(RDP-LIBS)实验装置。以黄连为研究对象,用其特征谱线的光谱强度和信背比评估了光谱特性。通过优化探测延时、两束激光能量值组合及脉冲间隔等实验参数,提高了检测的灵敏度。相比单脉冲激光诱导击穿光谱(SP-LIBS)技术,RDP-LIBS技术对4条特征谱线(Fe、Al、Ca、CN)的光谱强度增强倍数分别为4.0,5.5,10.0和3.5。RDP-LIBS下的等离子体电子激发温度和电子数密度均比SP-LIBS下的有所提高。     

纳米金颗粒提高LIBS定量分析精度研究

在纳米金颗粒作用下对激光诱导击穿光谱技术(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)定量分析精度与检出限进行了一定的研究。LIBS在纳米金颗粒作用下,以Ni II 221.648 nm、Fe II 258.588 nm分别为分析谱线和内标元素谱线,利用标准样品不锈钢303,304,316,321,347进行定标拟合,用不锈钢310样品谱线进行精度及检出限分析。结果显示,纳米金颗粒可有效增强光谱强度,使定标曲线拟合系数得到明显提高,而且不锈钢310样品检测浓度更为准确,Ni元素的探测下限降低了1.98倍。     

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。     

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。     

黄连中Pb的激光诱导击穿光谱测量分析

黄连是一种清热解毒的传统中药,在生长过程中对重金属元素有较强的富集作用。为了能够对中药内重金属元素进行快速鉴别,以铅元素（Pb）为例,采用激光诱导击穿光谱技术（LIBS）对其进行检测。实验以Nd:YAG固体脉冲激光器作为激发光源,八通道光谱仪进行光谱采集,选用特征谱线Pb 405.7 nm进行分析,得到了实验条件下的最佳激光能量为60 mJ,最佳延迟时间为1 s。对6种不同浓度的样品在最佳实验条件下进行定量分析,拟合出光谱强度和浓度的定标曲线,线性拟合度R2=0.976。计算出检测限为0.19%。通过实验结果可得出结论:LIBS可用于黄连Pb污染的快速判定,对于中药材重金属污染快速检测有极大潜力。     

低气压下激光诱导击穿有机爆炸物的光谱特性

在恐怖袭击中，爆炸袭击为最常见的恐怖袭击方式，爆恐袭击已经严重威胁公众的日常生活，因此对爆炸物的检测越来越受到关注。通过激光诱导击穿光谱技术在空气和低气压条件下分别对RDX和TNT两种有机爆炸物进行检测，检测到原子谱线和分子谱线两种特征谱线，发现CN (421.3 nm)和C₂ （516.2 nm）是有机爆炸物最有研究价值的两条谱线。研究结果表明:谱线强度与样品分子式比以及分子结构有关，分子谱线比原子谱线更具有研究价值。与空气条件相比，低气压环境下RDX的相对标准偏差由5.1 %降低到1.8 %，TNT的相对标准偏差由15.7 %降低到2.7 %，低压环境可以有效提高LIBS检测有机物光谱的分析精密度，增加光谱分析准确性，为LIBS对有机爆炸物的检测和分析精密度提高提供了帮助。     

不同硬度受热面材料的激光诱导等离子体光谱特性分析

将激光诱导击穿光谱(LIBS)用于锅炉受热面材料特性分析,选用受热面常用的珠光体耐热钢12Cr1MoV,并通过热处理工艺制备了不同硬度的实验样品。选择样品中基体元素Fe和合金元素Mn、Cr、V合适的分析谱线,对比分析了不同硬度条件下离子谱线与原子谱线的强度比和等离子体温度的变化规律。实验结果表明,由于等离子体冲击波特性差异和激光烧蚀质量的变化,导致了特征元素离子谱线与原子谱线强度比随着样品硬度的增加而增强,等离子体温度随硬度的增加而升高。     

激光诱导击穿光谱技术研究进展

激光诱导击穿光谱（laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS）技术是一种基于原子发射光谱的物质成分分析技术,具有无需样品预处理、快速、多元素同时测量等特点;国内外研究人员在环境监测、工业过程控制、空间探测等多个领域均开展了大量研究工作,已形成较为完善的理论方法体系;在技术设备开发方面虽取得一定进展,但也存在诸多技术应用难题。综述了现阶段LIBS技术主要研究进展,重点包括光谱获取技术、光谱增强方法、元素识别, 及定量分析方法等,分析了LIBS仪器开发现状与存在的问题,为进一步发展LIBS技术的实用化提供参考。     

利用拉曼光谱研究光动力作用对C6胶质瘤细胞的杀伤效应

在光敏剂浓度和光剂量一定的条件下,利用拉曼光谱技术研究光敏剂不同孵育时间对C6胶质瘤细胞光动力杀伤效应。实验分5个实验组(光敏剂孵育时间1 h,3 h,6 h,9 h和1个对照组),采集5组C6胶质瘤细胞的拉曼光谱。结果显示:与核酸和蛋白质相关的谱线,峰强和峰位都有很大的变化,孵育时间为1 h的谱线,各峰强度变化较小;孵育时间为6 h的谱线,各峰强度变化最大;孵育时间为9 h的谱线,各峰强度变化进入平台期。实验结果表明:在一定的时间范围内,光动力作用对C6胶质瘤细胞光动力杀伤效应,与光敏剂孵育时间成正相关     

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。     

Effects of KCl and KI additives on soil breakdown spectroscopy characteristics

In order to enhance the spectral characteristics of the laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), the spectral signals of soil samples with different concentrations of KCl and KI additives were analyzed. The optimal laser energy, the lens to sample distance (LTSD) and the delay time were determined. Under the optimum experimental conditions, the spectral intensity, signal-to-noise ratio (SNR) and plasma characteristics of Cd I 288.08 nm and Al I 394.40 nm in soil samples with 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25% and 30% KCl and KI additives were analyzed. The experimental results show that the spectral intensities of Cd and Al in soil samples with 15% KCl are 1.33 times and 1.61 times of that of the original sample, while those with 15% KI are 1.84 times and 1.81 times. The SNR, plasma temperature and electron density are improved. This provides an experimental reference for improving the accuracy of LIBS in soil detection.