土壤中Ba和Mn的激光诱导击穿光谱定量检测

传统的土壤重金属元素检测方法流程复杂,时间长.我们采用波长1 064 nm的调Q脉冲Nd:YAG激光器和多通道小型光纤光栅光谱仪,建立了一套可移动的激光诱导击穿光谱系统.详细研究了重金属元素Ba,Mn的特征谱线强度、标准偏差与数据采样方式以及采样平均次数的关系,在优化工作参数的基础上,采用一种新的光谱采样和数据处理方法,对土壤中金属Ba、Mn的含量进行检测,并获得了检测土壤中金属Ba、Mn含量的定标曲线,对元素Ba、Mn的监测的相对标准偏差分别为9.0%和10.24%,检测灵敏度分别为19.4 mg/kg和115.4 mg/kg,优于目前文献报道的结果.     

激光诱导击穿光谱对34CrNiMo6钢中硫化锰夹杂物的评级表征

使用激光诱导击穿光谱(LIBS)对钢铁样品的扫描分析过程中,MnS夹杂物会引发S和Mn同时出现异常信号,并且信号强度与夹杂物面积之间存在线性关系.应用上述特征并参考德国标准DIN 50602中的检验要求,提出了一个用LIBS进行MnS夹杂物评级的方法.实验方法中,首先要在样品上统计得到的S、Mn元素信号强度与夹杂物面积...     

激光诱导击穿光谱技术对铁矿石中磷硫碳的快速定量表征

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术分析P、S、C元素时,分析波长一般在165～200nm之间,为真空紫外线光谱区,定量分析存在一定难度。根据铁矿石样品特性和分析元素的特点,采用LIBS技术对压片处理(压力为20t、恒压时间10s)的铁矿石标准物质中P、S、C元素进行了定量表征。最终选定样品室环境为抽真空充氩气(Ar)、样品室真空度为50Pa、激发的剥蚀条件为20个预剥蚀、30个剥蚀,并绘制了P、S、C元素定量表征的校准曲线,线性相关系数分别为0.998、0.997、0.998,由此建立了基于LIBS技术的铁矿石成分定量表征方法。采用实验建立的表征方法对铁矿石标准物质中P、S、C进行了定量分析,标准物质GSB03-2023-2006中P、S的测试结果,标准物质GSB03-2855-2012中P、S、C的测试结果分别与认定值相符。结果表明,LIBS技术可以对铁矿石中P、S、C元素实现快速的定量表征。     

激光诱导击穿光谱技术结合自吸收修正和偏最小二乘法的铁矿石酸度分析

铁矿石冶炼过程中对其酸度进行准确把控将对铁矿石利用率及冶炼过程产生严重影响。因此,亟需一种铁矿石酸度快速准确分析方法。实验基于激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术结合偏最小二乘回归(Partial least squares regression,PLSR)方法成功地提出了一种铁矿石酸度快速定量分析方法。首先,采集了20组铁矿石样品的LIBS光谱数据,并采用美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)数据库对铁矿石的LIBS特征谱线进行标定。然后,采用内参考线自吸收修正(Internal reference for self-absorption correction,IRSAC)和5折交叉验证分别对光谱数据以及PLSR模型潜变量(Latent variables,LVs)进行优化。最后,基于优化后的光谱数据以及LVs构建了PLSR模型用于预测集铁矿石酸度的分析。结果表明,该模型具有较好的预测性能,其预测集决定系数(R_p<...     

不同离焦量延时时间参数对激光诱导击穿光谱特征及自吸收效应的影响

为了提高激光诱导击穿光谱技术对微量元素定量分析的精度,降低谱线自吸收效应的干扰,实验以攀钢生铁标准样品中的Mn元素作为研究对象,探索激光诱导击穿光谱特征和自吸收效应随着不同离焦量及延时时间参数的变化规律;通过分析不同延时时间和不同离焦量下等离子体光谱强度、等离子体温度、定标曲线决定系数R²和自吸收系数的变化趋势,来寻找最佳延时时间与最佳离焦量。结果显示,定标曲线决定系数R²随着延时时间的增大总体呈下降趋势,随离焦量的增大是先急剧增加再缓慢减小,在离焦量为-2.5mm时达到最大值0.9988;自吸收系数随延时时间的增大逐渐减小,随离焦量的增加是先增大后减小,在-3.75mm时自吸收效应最弱。综合可得,最佳延时时间条件为2μs左右,最佳离焦量在-2.5～-3.75mm范围内。结果表明,通过不断调整和优化系统参数,能够在一定程度上降低自吸收效应,提高定量分析的精度。该实验为探索系统参数对激光诱导击穿光谱特征和自吸收效应的影响提供了一种新的途径和参考依据。     

用于BOF过程中动态终点控制的新取样方式和分析方法(英文)

为了实现缩短出钢时间从而提高碱性氧气转炉(BOF)的生产效率,与熔融分析控制相关的过程如停吹、提枪或倾炉都要避免。为了达到这个目标,建立了一种用于控制BOF过程的新方法。该方法采用了一种新颖的、可在吹炼过程中进行炉渣和钢同时收集的非均相取样器,并应用了为此专门设计的激光分析方法(LIBS)。使用该方法,目标是尽可能快地完成非均相取样器收集的炉渣和钢的分析(Fe,C,P,S等元素)。除了建立非均相临线取样方法外,还建立了一种基于LIBS的特殊分析程序,当分析过程中移动非均相样品时,用于识别来自炉渣和钢的激光     

基于主成分回归的土壤重金属LIBS定量分析方法研究

采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术结 合主成分分析(PCA )和基于PCA的偏最小二乘回归法(PLSR ),对8种土壤样品进 行分类及Cr元素含量的分析研究。对比分析了不同土壤样品基体元素的特征光谱,利用PCA 对8种土壤样品进行分类,并采用PLSR定量分析不同土壤中Cr元素的含量。研究结果表 明,不同土壤样品中的基体元素特征光谱出现较大差异,8种土壤样品经PCA分析后大致 分为3类;利用PLSR训练模型得到的定标曲线将拟合相关系数提高至0.986,对同一类的 土壤样品Cr的含量预测相对误差小于7.5%,对非同一类土壤样品Cr的预测相对 误差较大。这说明,对待测样品定量分析前,采用PCA对土壤样品分类可以提高对待测样品 重金属元素定量检测的精确度,对建立定量分析模型提供指导。     

不同气体环境下激光诱导击穿光谱实验条件优化

激光诱导击穿光谱(LIBS)分析性能受实验条件的影响较大,为此重点研究了空气、Ar气和He气3种不同气体环境下,激光能量、采光延时和气压等实验参数对铁合金中Fe原子谱线特性的影响。结果表明,相同实验条件下,Ar气中激光等离子体的寿命最长且谱线强度最强;相较于空气与He气,Ar气中激光诱导击穿阈值最低,谱线强度随激光能量的增长更早达到饱和;分析谱线在低气压下有更小的线宽,有利于复杂LIBS谱图中谱线的识别;谱线强度随气压的变化规律与激光强度有关,当激光强度较大,谱线始终处于饱和状态时,谱线强度随气压的增大而增加,当激光强度较弱,谱线未处于饱和状态时,谱线强度随气压的增加先增加后减小。     

激光诱导击穿光谱技术识别航空合金牌号

激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种多元素、高灵敏、非接触式的光谱分析技术,已经被广泛用于钢铁、铝合金等金属材料的定量与定性分析。为将LIBS技术用于航空合金牌号的高准确率识别,对6种不同牌号的航空合金进行了实验测量与分析。实验使用1064nm的Nd∶YAG固体激光器作为激发源,采集了每种合金的100组光谱,每组光谱为100次激光脉冲的平均结果。将得到的航空合金光谱按7∶3的比例划分为训练集和测试集,分别利用全光谱数据和特征谱线数据建立偏最小二乘判别分析(PLS-DA)模型进行航空合金LIBS识别。两种模型得到训练集和测试集的识别正确率均为100%。研究结果表明,LIBS技术与化学计量学结合可以快速准确识别航空合金牌号,且基于特征谱线数据的PLS-DA模型在较少数据输入的情况下可取得与全光谱数据模型相同的结果。实验可为进一步开展航空合金LIBS现场检测工作提供方法参考。     

Novel combined instrumentation for laser-induced breakdown spectroscopy and Raman spectroscopy for the in situ atomic and molecular analysis of minerals

Abstract

An instrument combining laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) and Raman spectroscopy was developed for the in situ atomic and molecular composition analysis of minerals. The apparatus consists of an optical system, a sample chamber, a spectrometer for Raman and another for LIBS, as well as a control system equipped with laboratory-written software. Gypsum, calcite, prehnite, pearl, lazurite, and several mixtures of NaBr and CaCO₃ were selected as samples for evaluation of the performance of the instrument. Sulfate, carbonate, silicate, and crystalline water were identified and different structures of CaCO₃ were clearly distinguished by the use of a Gaussian fit. The limit of detection for CaCO₃ in a NaBr mixture was 5.7?mg/g by Raman. LIBS was employed to determine calcium, magnesium, iron, sodium, aluminum, and carbon with the newly developed system. The limits of detection obtained for Ca, Na, and C were 90.2?μg/g, 84.6?μg/g, and 2.5?mg/g, respectively. The experimental results from commercial Raman spectroscopy instruments were used to verify and support the measurements from this novel instrument.