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土壤中重金属元素的双脉冲激光诱导击穿光谱研究

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物理学报 2013年第4期62卷 349-354页

作者：杜闯高勋邵妍宋晓伟赵振明郝作强林景全长春理工大学理学院长春130022

基于正交预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对长春市四个地点地表土壤样品中的重金属元素进行了研究,根据光谱线强度定性分析了重金属元素Mn,Cr,Cu,Pb含量.实验结果发现,在532和1064nm激光脉冲能量分别为70和100mJ的条件下光... 详细信息

基于正交预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对长春市四个地点地表土壤样品中的重金属元素进行了研究,根据光谱线强度定性分析了重金属元素Mn,Cr,Cu,Pb含量.实验结果发现,在532和1064nm激光脉冲能量分别为70和100mJ的条件下光谱增强随延时的变化出现双峰结构.脉冲间延时20μs时,MnI406.4nm光谱增强幅度达到2.75倍,延时为30μs时出现第二个尖峰,增强幅度为2.4倍.最后对正交预烧蚀DP-LIBS光谱增强机理进行了讨论.

关键词：预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱光谱增强土壤污染

预烧蚀激光参数对双脉冲激光诱导击穿光谱增强的影响

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中国激光 2013年第8期40卷 243-247页

作者：高勋邵妍杜闯赵振明郑权林景全长春理工大学理学院吉林长春130022 长春长春新产业光电技术有限公司吉林长春130103

以合金钢为样品,利用Cr I 520.8nm和Fe I 522.7nm谱线强度变化分析预烧蚀激光参数对纳秒532nm/1064nm正交预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)增强的影响,对实验条件进行了优化。结果表明在预烧蚀脉冲能量为70mJ,主烧蚀脉冲能量为100... 详细信息

以合金钢为样品,利用Cr I 520.8nm和Fe I 522.7nm谱线强度变化分析预烧蚀激光参数对纳秒532nm/1064nm正交预烧蚀双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)增强的影响,对实验条件进行了优化。结果表明在预烧蚀脉冲能量为70mJ,主烧蚀脉冲能量为100mJ,预烧蚀脉冲焦点距样品表面1mm,距主烧蚀脉冲光路1mm时,DP-LIBS具有最大光谱增强。Cr I 520.8nm谱线在30ms时光谱增强达到12.5,然后快速下降。最后初步分析了正交预烧蚀DP-LIBS光谱增强机理。

关键词：光谱学等离子体双脉冲激光诱导击穿光谱正交预烧蚀光谱增强

共轴双脉冲激光诱导击穿光谱和最小二乘支持向量机法定量分析植物油中铬

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分析化学 2016年第12期44卷 1919-1926页

作者：吴宜青刘津莫欣欣孙通刘木华江西农业大学生物光电技术及应用重点实验室

利用共轴双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对植物油(大豆油、花生油和玉米油)中的重金属铬(Cr)含量进行定量分析。采用Ava-Spec双通道高精度光谱仪采集样品的LIBS光谱,然后通过其LIBS谱线图确定了CN分子谱线(421.49 nm)、Ca原子谱线... 详细信息

利用共轴双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对植物油(大豆油、花生油和玉米油)中的重金属铬(Cr)含量进行定量分析。采用Ava-Spec双通道高精度光谱仪采集样品的LIBS光谱,然后通过其LIBS谱线图确定了CN分子谱线(421.49 nm)、Ca原子谱线(422.64 nm)及Cr的3条原子谱线(425.39、427.43和428.87 nm),根据上述谱线建立了Cr元素的单变量定标模型和最小二乘支持向量机(LS-SVM)校正模型,并用验证样品对它们进行检验。研究结果表明,对于单变量定标法,大豆油、花生油及玉米油验证样品的平均预测相对误差(PRE)分别为12.57%,12.11%和13.72%;对于三变量LS-SVM法,其定标样品真实值与预测值之间的拟合度R~2分别为0.9785,0.9792和0.9654,验证样品的平均PRE分别为8.92%,8.33%和10.98%;对于五变量LS-SVM法(增加两基体元素谱线变量),其定标样品真实值与预测值之间的拟合度R~2分别为0.9895,0.9901和0.9855,验证样品的平均PRE分别为7.46%,8.96%和8.95%。由此可知,LS-SVM校正模型性能优于单变量定标法,且五变量LS-SVM校正模型性能优于三变量LS-SVM校正模型;采用LS-SVM法及引入合适的基体元素谱线(CN、Ca)能有效减小定量分析误差,提高LIBS技术对植物油中Cr含量预测的精度。

关键词：双脉冲激光诱导击穿光谱最小二乘支持向量机植物油铬

基于双脉冲激光诱导击穿光谱和变量筛选算法的溶液中敌草快及腐霉利含量检测研究

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基于双脉冲激光诱导击穿光谱和变量筛选算法的溶液中敌草快及腐霉...

作者：甘兰萍江西农业大学

学位级别：硕士

近几年,农产品农药残留安全问题越来越备受人们的关注,农药不仅可以控制有害生物也是维持农业可持续发展的重要因素之一。然而,农药在给农作物带来高产的同时,也给人类健康和生态环境带来一定的副作用。农民在施药的过程中不可避免地将... 详细信息

近几年,农产品农药残留安全问题越来越备受人们的关注,农药不仅可以控制有害生物也是维持农业可持续发展的重要因素之一。然而,农药在给农作物带来高产的同时,也给人类健康和生态环境带来一定的副作用。农民在施药的过程中不可避免地将农药流入水体,而且在喷洒的过程中容易残留环境,从而聚集在植物和动物上,再通过人的食用进入人体,对人类的身体健康产生不利影响,甚至会威胁人类的生命。这就需要研究者对农药的环境行为进行检测。本文采用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术检测二甲苯与食用油中的敌草快和腐霉利含量,并结合不同的变量筛选方法对其进行定量分析,主要研究内容及结果如下:激光诱导击穿光谱技术因具有快速、实时、在线、多种元素同时检测等优点,所以选择LIBS技术对溶液中的敌草快和腐霉利含量进行检测研究。为配置不同浓度的敌草快和腐霉利样品,将具有一定浓度的敌草快和腐霉利药品与二甲苯或与二甲苯与油制成的混合液按照不同比例混合并完全溶解。由于液体样品在激光击打过程中容易将液体溅出,具有一定的危险性。因此,本试验将液体样品转化为固体样品,利用石墨吸附农药溶液,然后采用八通道高精度光谱仪采集样品的LIBS光谱,并利用不同预处理方法对光谱数据进行预处理。为提高敌草快和腐霉利的检测精度,选择溴元素与氯元素信号最强的两通道谱数据,分别采用归一化函数(normalization)、基线校正(baseline correction)、标准正态变量变换(standard normal variable transformation,SNV)、多元散射校正(multiplicative scatter correction,MSC)等方法进行光谱预处理,并应用偏最小二乘(partial least squares,PLS)方法建模。通过比较各预处理方法数据后,综合考虑,选择最优预处理方法。在最优预处理方法的基础上采用无信息变量消除算法(uninformed variable elimination,UVE)、竞争性自适应重加权采样算法(competitive adaptive reweighted sampling,CARS)、遗传算法(genetic algorithm,GA)剔除无信息的波长变量,筛选与敌草快和腐霉利相关的重要波长变量,最后应用偏最小二乘回归和最小二乘支持向量机算法(least squares support vector machine,LSSVM)建立溶液中敌草快与腐霉利含量的定量分析模型。对于二甲苯中敌草快含量的定量分析,使用GA-CARS方法进行变量优选,并采用LSSVM方法建模,其模型的校正集和预测集决定系数分别为0.94和0.97,校正均方根误差(root mean square error of calibration,RMSEC)和预测均方根误差(root mean square error of prediction,RMSEP)分别为1.6 g/kg和1.1 g/kg;对于食用油中敌草快含量的定量分析,使用GA-CARS方法进行变量优选,并采用LSSVM方法建模,其模型的校正集和预测集决定系数分别为0.93和0.94,RMSEC与RMSEP分别为1.6 g/kg和1.8 g/kg;对于二甲苯中腐霉利含量的定量分析,结合UVE-CARS方法优选后,PLS模型的校正集和预测集决定系数分别为0.9970和0.9920,RMSEC和RMSEP分别为0.4 g/kg和0.6 g/kg;对于食用油中腐霉利含量的定量分析,经UVE-CARS方法进行变量优选后,PLS模型的校正集和预测集决定系数分别为0.9909和0.9747,RMSEC和RMSEP分别为0.6 g/kg和1.1 g/kg。此外,建模结果表明,经光谱预处理和变量筛选算法优选后,建立的模型性稳定性优于通过原始光谱和在原始光谱是进行变量优化后所建立的PLS模型,且利用建模的变量数大大减少。因此,经光谱预处理和变量筛选算法优选后,其模型性能优于原始光谱建立的PLS模型。因此,利用共轴双脉冲LIBS技术定量检测溶液中的敌草快和腐霉利含量具有一定的可行性,经变量筛选算法筛选后可以有效提取特征变量及相关影响变量,剔除冗余及噪声变量,简化定量分析模型,提高定量分析模型的稳定性。

关键词：双脉冲激光诱导击穿光谱敌草快腐霉利定量分析

样品温度对双脉冲激光诱导Al等离子体特征参数的影响

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激光与光电子学进展 2018年第2期55卷 263-270页

作者：林晓梅钟磊林京君长春工业大学电气与电子工程学院吉林长春130000

为研究样品温度变化对激光诱导击穿铝(Al)等离子体特征参数的影响,采用双脉冲激光器诱导激发在中频炉中加热的Al样品形成等离子体,对比分析了样品温度变化时不同特征谱线强度的变化;分析了CCD相机采集的不同样品温度下等离子体羽的形态... 详细信息

为研究样品温度变化对激光诱导击穿铝(Al)等离子体特征参数的影响,采用双脉冲激光器诱导激发在中频炉中加热的Al样品形成等离子体,对比分析了样品温度变化时不同特征谱线强度的变化;分析了CCD相机采集的不同样品温度下等离子体羽的形态变化;在局部热力学平衡条件下,用Boltzmann斜线法和Stark展宽法分析了等离子体电子温度和电子密度随样品温度的演化规律;使用Lorentz线型拟合分析了随样品温度变化的不同谱线的半峰全宽(FWHMs)。研究结果表明,等离子体羽的形态大小变化可以作为其电子温度和电子密度等特征参数随样品温度变化的直观反映;随着样品温度升高,等离子羽形态、谱线强度、FWHM、电子温度和电子密度都增大至饱和状态,并且样品温度对离子线和原子线的谱线强度和FWHM有不同的增强效果。

关键词：激光光学双脉冲激光诱导击穿光谱样品温度等离子体羽形态电子温度电子密度半峰全宽

共线DP-LIBS定量分析水中Cu含量的试验研究

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光谱学与光谱分析 2014年第7期34卷 1954-1958页

作者：郑美兰姚明印陈添兵林永增黎文兵刘木华江西农业大学生物光电及应用重点实验室江西南昌330045

为研究双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)对水体中铜(Cu)元素检测灵敏度的影响,采用共线双脉冲LIBS检测装置对所配置的含Cu水溶液进行激光诱导击穿光谱试验。结果显示:与运用单脉冲激光诱导击穿光谱(SP-LIBS)检测水体中Cu元素相比,运用DP... 详细信息

为研究双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)对水体中铜(Cu)元素检测灵敏度的影响,采用共线双脉冲LIBS检测装置对所配置的含Cu水溶液进行激光诱导击穿光谱试验。结果显示:与运用单脉冲激光诱导击穿光谱(SP-LIBS)检测水体中Cu元素相比,运用DP-LIBS探测到的光谱明显增强,并且其检测结果受光谱仪采集的延迟时间、两脉冲之间的脉冲延迟时间、双脉冲激光能量等因素的影响显著。确定最佳的试验条件为:光谱采集延迟时间为1 380ns,脉冲延迟时间为25ns,双脉冲激光能量为100mJ。分别对铜元素324.7和327.4nm的特征谱线进行定量分析,两谱线的检测限分别是3.5和4.84μg·mL-1,且相对标准偏差都在10%以内。用500μg·mL-1样品对特征谱线为324.7nm所建立的定标曲线进行验证,反演得出该样品的浓度为446μg·mL-1,相对误差为10.8%。研究表明DP-LIBS能够提高Cu元素的检测灵敏度,同时具有较高的稳定性。

关键词：双脉冲激光诱导击穿光谱水溶液灵敏度铜元素

溶液中Ba元素的水下单脉冲与正交双脉冲LIBS的比较研究

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中国激光 2019年第9期46卷 298-307页

作者：李文平周卫东浙江师范大学物理与电子信息工程学院浙江金华321004 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室浙江金华321004

使用两台波长为1064 nm的Nd∶YAG调Q激光器,对BaCl2溶液样品开展水下单脉冲与正交双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)实验,系统地探究了各关键实验参数对水下单脉冲LIBS(SP-LIBS)及双脉冲LIBS(DP-LIBS)光谱特性和信号增强的影响。当采集延时... 详细信息

使用两台波长为1064 nm的Nd∶YAG调Q激光器,对BaCl2溶液样品开展水下单脉冲与正交双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)实验,系统地探究了各关键实验参数对水下单脉冲LIBS(SP-LIBS)及双脉冲LIBS(DP-LIBS)光谱特性和信号增强的影响。当采集延时为500~900 ns时,谱线的信噪比很高,有利于进行光谱的采集与分析,可称之为水下DP-LIBS探测的时间窗口。对两束激光焦点的相对位置以及激光能量进行优化,在优化的实验条件下观察到DP-LIBS的谱线强度(BaⅡ455.4 nm)是SP-LIBS的最大谱线强度的20倍,同时谱线展宽变窄,光谱信号持续时间更长。在双脉冲实验中,谱线强度随着第二束激光能量的增加呈指数增长,这与在液体表面进行的共线DP-LIBS实验中所观察到的线性增长不同,这种增长趋势上的不同可能与等离子体所处的气体环境条件有关。最后,对水下SP-LIBS及DP-LIBS的检测能力进行了比较,结果表明,DP-LIBS的检测灵敏度比SP-LIBS提高了37倍,检测限从单脉冲的31.35×10^-6下降到1.78×10^-6。

关键词：光谱学单脉冲激光诱导击穿光谱双脉冲激光诱导击穿光谱水下激光能量检测灵敏度

基于单激光构造的DP-LIBS对钽铌矿的检测研究

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激光与光电子学进展 2023年第13期60卷 291-296页

作者：陈世航刘莉邓志伟郝中骐史久林何兴道南昌航空大学江西省光电信息科学与技术重点实验室江西南昌330063 南昌航空大学江西省光电检测技术工程实验室江西南昌330063

钽铌矿中Ta和Nb元素含量极低,采用常规激光诱导击穿光谱(LIBS)技术面临检测灵敏度不足的问题,双脉冲LIBS技术可显著改善分析灵敏度,但设备成本高。为此,提出一种基于单激光分束构造的双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对钽铌矿中Ta... 详细信息

钽铌矿中Ta和Nb元素含量极低,采用常规激光诱导击穿光谱(LIBS)技术面临检测灵敏度不足的问题,双脉冲LIBS技术可显著改善分析灵敏度,但设备成本高。为此,提出一种基于单激光分束构造的双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)技术对钽铌矿中Ta和Nb元素进行高灵敏度检测。在对离焦量、采集延时、激光能量等实验参数优化的基础上,建立了LIBS定量分析模型。结果表明:所提的DP-LIBS系统对Ta和Nb元素特征谱线强度比单脉冲LIBS增强3~4倍,检测灵敏度提高约2倍,Ta和Nb元素检出限分别达到195.91μg·g^(-1)和81.79μg·g^(-1)。为钽铌矿痕量Ta和Nb元素的快速高灵敏度定量分析提供了一种有前景的检测方法。

关键词：双脉冲激光诱导击穿光谱钽铌矿定量分析灵敏度等离子体

集成ICCD单双脉冲LIBS对Pb溶液定量分析比较

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激光与光电子学进展 2014年第8期51卷 167-172页

作者：杨平黄林姚明印陈添兵何秀文黎文兵郑建鸿胡慧琴刘木华江西农业大学生物光电及应用实验室江西南昌330045

激光诱导击穿光谱(LIBS)检测的稳定性和灵敏度不高是制约其发展的两大瓶颈问题。本实验采用集成ICCD的单、双脉冲LIBS系统,对经滤纸富集后的Pb(NO3)2水溶液中的Pb元素进行了分析,比较了采样门宽、积分延迟时间、双脉冲两束激光延迟时间... 详细信息

激光诱导击穿光谱(LIBS)检测的稳定性和灵敏度不高是制约其发展的两大瓶颈问题。本实验采用集成ICCD的单、双脉冲LIBS系统,对经滤纸富集后的Pb(NO3)2水溶液中的Pb元素进行了分析,比较了采样门宽、积分延迟时间、双脉冲两束激光延迟时间等参数对光谱质量的影响,确定了水溶液中Pb元素的LIBS检测最佳实验条件,结果表明双脉冲具有更好的稳定性。在优化的实验条件下,获取了6个含Pb溶液浓度系列的单、双脉冲LIBS光谱信息,建立了元素真实浓度与其光谱强度之间的关系模型,得到溶液中痕量Pb元素的LIBS检测限分别为15.95μg/mL和5.48μg/mL。拟合结果表明双脉冲具有较高的线性相关系数以及较好的检测灵敏度和检测精度。说明集成ICCD双脉冲LIBS能够改善水体中重金属元素的检测效果。

关键词：光谱学单双脉冲激光诱导击穿光谱 Pb 水溶液定量分析