磁场约束提高LIBS定量分析精度研究

对磁约束下激光诱导击穿光谱技术定量分析精度及检出限进行了专门研究。本文将磁场约束应用于LIBS技术中,选择Ni II 221.648 nm为镍元素分析线,Fe II 258.588 nm为内标元素谱线,利用标准不锈钢光谱样品303,304,316,321,347结合内标法进行不锈钢中Ni元素定标曲线拟合,用310样品光谱进行定标曲线精度分析及检出限分析。实验结果表明,磁场约束可以有效增强等离子体光谱强度,磁约束下内标法得到的定标曲线拟合系数更高,且310样品检测浓度较LIBS技术更为准确,Ni元素的探测下限降低了1.7倍。     

AlCl3水溶液的激光诱导击穿光谱研究

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术已成功地对固体样品和气相样品中的重金属痕量元素进行了定性或半定量分析。为对液体基质的重金属元素进行痕量分析,使用实验中容易实现的单脉冲激光诱导击穿光谱技术,测定了AlCl3水溶液的激光诱导击穿光谱。系统地研究了溶液中Al原子激光诱导击穿光谱信号的时间演化特性、激光能量对激光诱导击穿光谱信号的影响和激光诱导击穿光谱用于液体中AlCl3痕量分析的检测限。实验结果表明,此方法所适用的激光能量比前人所做实验的激光能量小,只需50 mJ左右,这使得实验条件更容易得到满足,同时得到了一个较高的液体样品的激光诱导击穿光谱信号检测限。实验还表明,液体激光诱导击穿光谱信号存在特有的时间演化特性,其激光诱导击穿光谱信号的寿命相对于固体样品激光诱导击穿光谱信号来说比较短,只有30 ns左右,同时激光诱导击穿光谱信号强度上升和衰减也比较迅速。     

Time resolved laser-induced breakdown spectroscopy for calcium concentration detection in water

The laser induced breakdown spectroscopy(LIBS) is an element analysis technique with the advantages of real time detection,simultaneous multi-element identification,and in-situ and stand-off capacities.To evaluate its potential of ocean applications,in this paper,the time resolved laser-induced breakdown spectroscopy for calcium concentration detection in water is investigated.With the optimum experimental parameters,the plasma emission lifetime is determined to be about 500 ns with 532 nm laser excitation,and 1000 ns with 1064 nm laser excitation.The lowest detection concentration of 50 ppm is achieved for calcium detection in CaCl2 water solution using the 532 nm LIBS.Even better detection sensitivity is achieved using the 1064 nm LIBS,and the resulted lowest detection concentration of calcium is 25 ppm.The results suggest that it is feasible to develop LIBS as an on-line sensor for metal element monitoring in the sea.     

LIBS检测钢液Mn元素的实验条件优化

激光诱导击穿光谱(UBS)技术作为一种快速分析元素组成技术,在冶金分析领域具有广阔的应用前景。实验参数对LIBS检测钢液元素有较大影响,为提高LIBS技术检测的灵敏度需要对系统关键参数激光脉冲能量和ICCD门延时进行优化。本实验以钢液中Mn元素的分析线为研究对象,在激光等离子体满足局部热平衡和光学薄条件下,用Mn元素最大信噪比(SNR)来筛选优化结果。结果表明,通过优化这些实验参数,得到高光谱强度和信噪比的UBS信号,确定了最佳实验条件,这为LIBS钢液元素定量分析打下了坚实的实验数据基础。     

激光诱导击穿光谱在铅堆杂质测量的应用研究

铅基堆被第四代核能系统国际论坛组织评定为有望首个实现商业应用的第四代堆,铅基堆冷却剂中杂质的存在会严重影响铅反应堆的安全运行。基于此,文中开展了脉冲激光诱导击穿光谱（LIBS）在铅铋合金中杂质测量中的应用研究。研究了激光聚焦位置、激光能量和延迟时间对Ni元素光谱信号的影响,获取了LIBS测量铅铋合金中杂质的最佳实验参数。同时使用不同Ni含量的实验样品完成了LIBS对铅铋合金中Ni元素的定量研究,获得了定量标准曲线,相关指数R2达到0.967,质量含量的探测限为0.0287%。结果表明:使用激光诱导击穿光谱技术进行铅铋合金中的杂质测量是可行的。可以推测,LIBS技术在先进核能领域有比较高的应用研究价值。     

激光诱导击穿光谱技术研究的新进展

激光诱导击穿光谱技术（LIBS）是一种基于原子发射光谱学的物质组分分析技术。随着激光技术和光学检测技术的发展,激光诱导击穿光谱技术已经成为光谱学领域的研究热点。尤其是近几年,LIBS技术发展迅速,涌现出多种LIBS的激发和探测新技术。在光谱激发方面,出现了如飞秒激光及飞秒激光大气中长距离成丝诱导击穿光谱技术,双脉冲激光诱导击穿光谱技术等。在光谱探测方面,出现了时间分辨激光诱导击穿光谱技术,偏振分辨激光诱导击穿光谱技术等。本文将对这几种LIBS中所出现的新技术进行介绍并给出LIBS技术的发展趋势。     

紫外激光诱导击穿光谱的应用与发展

激光诱导击穿光谱（LIBS）技术是一种基于原子发射光谱的元素分析技术,是元素分析领域重要的研究手段。作为LIBS分析的激发光源,紫外激光具有光子能量大、空间分辨率高等优点,可以提高烧蚀效率、减少分馏效应,在地质检测和生物医药检测方面有很好的应用前景;也可从提升元素分析的效果,扩大LIBS技术的应用范围。介绍了紫外LIBS技术的原理与特点,讨论了国内外紫外LIBS技术的应用,总结了紫外LIBS技术的发展趋势。     

基于光谱特性的高判别准确度激光近场探测传感器研究

激光近场探测是激光测量重要的应用方向之一,尤其是基于距离信息的近场探测系统有着巨大的应用前景。传统的激光近场探测系统只依靠距离信息给出信号,而不判别反射距离信号的物体是否为目标,可能导致误报。基于光谱特性进行目标识别会大大减少激光近场测量系统的误报率,极大提高判别准确度。设计实现了一种单芯片的光谱分析器件,利用半导体技术将光谱元件和光电元件进行单芯片的集成,从而减小了传统光谱分析系统的体积和质量。实验结果表明,该微系统级的光谱分析芯片具有识别既定伪装物体的能力,使得该技术具有在激光近场探测中应用的前景。     

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。     

机器学习结合激光诱导击穿光谱技术铁矿石分类方法

铁矿石是非常重要的矿产资源,它的开发利用对钢铁产业的发展有很大的影响,铁矿石的选检与分类是冶金行业必不可少的环节,不同种类的铁矿石及其品质会直接影响与其他物质的配比,因此对铁矿石的选检分类研究在冶金行业具有重要意义。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是近年来发展起来的一项成分检测技术,具有无损、快速、原位在线检测等优点,在化学成分检测及样品分类领域有一定的优势。为了提高铁矿石的分类精度,提出将激光诱导击穿光谱技术与机器学习相结合对赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿、云母赤铁矿、磁铁矿、磁赤铁矿、鲕状赤铁矿、黄铁矿、钴磁铁矿、磁黄铁矿等10种天然铁矿石进行分类研究。在研究中,首先通过激光诱导击穿光谱技术烧蚀10种天然铁矿石样品获得其对应的光谱数据;然后通过设定阈值的方法选定最大光谱强度对应的10个光谱特征;最后通过KNN、RF、SVM机器学习模型对选定的特征光谱进行分类训练及测试。结果表明:KNN、RF、SVM三种机器学习模型的分类准确度分别为83.0%、80.7%、90.3%。从分类准确度可以看出,激光诱导击穿光谱技术与机器学习相结合可以实现对铁矿石的快速、精确分类,这将为冶金行业的铁矿石选检分类提供一种全新的方法。     

准东煤化学处理后碱金属含量的激光测量研究

为了评价水洗、醋酸铵洗和盐酸洗等化学处理方法去除准东煤中碱金属的能力,分析激光诱导击穿光谱（LIBS）技术快速测量煤中碱金属含量的可行性和准确性,采用去离子水、醋酸铵溶液和稀盐酸溶液依次对准东煤进行化学处理,并利用LIBS技术对各样本中的Na,K元素进行测量,同时与电感耦合等离子光谱（ICP）检测结果进行对比,得到了验证LIBS技术测量准东煤中碱金属含量可靠性的实验数据。结果表明,水洗等化学处理可高效地去除准东煤中的碱金属,而LIBS技术对不同样本中的Na,K元素测量重复性较好,并且具有较高的灵敏度和较低的检测极限,LIBS检测结果与ICP的相对误差不超过7%。该结果说明LIBS可作为在线测量煤样中碱金属含量的一种有效手段。     

LIBS与其它原子光谱技术在机油检测中的研究进展

发动机机油中磨损元素在发动机正常运转中发挥着重要的作用,对其进行实时检测可以预知事故的发生,防止发动机进一步磨损,因此实现机油中磨损元素的探测具有重要的应用价值。归纳了利用原子光谱对机油检测的关键问题,指出了原子发射光谱技术中的激光诱导击穿光谱（LIBS）技术和其它原子光谱技术在机油样品检测方面的研究进展,讨论了各种技术的优缺点。介绍了LIBS技术在机油检测方面的优势,引入了间接烧蚀LIBS技术。该技术不仅保存了LIBS技术本身的优势,而且大大提高了检测灵敏度。用间接烧蚀LIBS技术探测机油中磨损元素,具有巨大的应用前景,对该技术的现场探测应用进行了展望。     

基于LIBS的元素成像技术在古气候研究中的应用

古气候学是研究地球的过往气候的一门学科,可以预测未来气候变化,解决有关环境、资源等问题。基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术可以快速、准确、原位分析复杂多样的大面积古气候样本,获得能够与气候建立联系的元素信息,在气候变化研究中展现出很好的应用前景。首先介绍了基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术的基本原理,其次回顾了目前常用的成像系统的仪器配置,包括激光光源、聚焦系统和光谱探测系统等,最后介绍了国内外基于激光诱导击穿光谱元素成像技术分析古气候代理物的典型案例。该研究对基于激光诱导击穿光谱的元素成像技术在古气候研究中的应用有很好的指导作用。     

通过圆偏振光提高飞秒激光诱导击穿光谱的发射强度

激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速、实时的元素成分分析技术。为了提高LIBS的灵敏度,人们已经提出多种方法来提高LIBS的光谱强度。本文采用飞秒脉冲激光烧蚀黄铜产生LIBS,对比了圆偏振和线偏振下LIBS光谱的强度,结果发现圆偏振下的光谱强度比线偏振下的强,光谱强度大约提高了15%。采用飞秒激光照射金属时,金属内部的自由电子吸收光子的能量。在线偏振飞秒激光场中,电子在脉冲的每个光学周期中经历交替的加速和减速;而圆偏振飞秒激光可以连续加速电子,因此电子可以获得更高的能量,这使得圆偏振飞秒激光产生的光谱强度不同于线偏振飞秒激光产生的光谱强度,圆偏振激光有助于改善飞秒LIBS信号的强度。     

拉曼-荧光联合水下探测系统及初步试验

深海热液环境中存在着巨大的化学和热梯度,快速剧烈的混合和生物合作过程产生了多种多样的矿物合作过程,并培养了大量的化学合成微生物。激光拉曼光谱非常适合于深海热液环境矿物过程的探测,然而要对矿物与微生物作用过程进行研究,还需要与荧光光谱技术进行联合。针对深海热液的探测需求,研发了一套拉曼-荧光联合光谱水下原位探测原理样机。该联合系统主要通过双波长激光器和两个微型光谱仪实现,双波长激光器同时发射266 nm和532 nm激光,其中532 nm激光用来激发拉曼光谱,266 nm激光用来激发荧光光谱。根据波长不同,双波长激光被分为两束分别经两片石英玻璃窗口照射到海水或液体样品上。产生的拉曼和荧光光谱经后向散射收集并分别耦合到拉曼和荧光光谱仪中。整个系统集成于L790 mm270 mm的舱体内,在舱体前端有光学窗口和水密插头,舱体内部主要包括双波长激光器、光谱仪、嵌入式计算机和供电装置,甲板控制终端通过电缆实现对系统的供电、控制和数据采集。利用搭建的原理样机在实验室对海水和拟棱形藻样品进行探测,实验结果初步证明拉曼-荧光联合光谱探测装置的可行性,之后系统在青岛近岸进行了实验并获得了实验数据。下一步将优化系统并应用于深海热液环境探测。     

液体射流激光击穿光谱检测重金属研究

基于自行研制的新型液体射流的激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置,研究了实验条件(如积分延时、激光能量等)对金属LIBS谱线强度的影响。实验获取了K2Cr2O7、Pb(NO3)2和CdBr2水溶液样品在532nm激光激发下的等离子体发射光谱,标识了Cr、Pb和Cd等重金属元素的特征谱线,获得Cr、Pb、Cd的探测限约为0.32、15.6、57.6mg/L,展示了液体射流LIBS用于水体中重金属快速检测的能力。     

基于激光诱导离解光谱技术的元素识别方法

阐述了激光诱导离解光谱技术的工作原理,论述了激光诱导离解光谱技术的元素识别过程,分析了元素识别误差存在的原因,有针对性地提出了基于标准样品原子谱线的元素识别方法,建立了一套激光诱导离解光谱探测试验系统,对标准样品和待测样品进行了相关试验,试验结果证明了基于标准样品的元素识别方法的可行性和识别优势.     

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。     

LIBS结合ANN对不同类型土壤中的Cu的定量检测

不同种类土壤的Cu浓度与其激光诱导击穿光谱(LI BS)强度之间存在不同的规律,本文利用LIBS结合人工神经网络(ANN)对土壤中的Cu进行 了定量分析,以实现不同种类土壤中Cu的定量检测。分别研究了单一类型土壤和3种土壤 类型基体下神经网络的应用情况。结果表明,在单一土壤基体情况下,应用反向传播(BP)神 经网络可以对土壤中 的Cu进行准确的检测,检测误差最大为10.17%;而在3种土壤基体下 ,BP神经网络的预 测准确度降低,检测误差不大于16%,并且线性神经网络对Cu浓度较 高的土壤样品预测准 确度较高,两种方法的检测准确度均高于内标法,BP神经网络能够更准确的描述单一土壤 类型的基体效应。LIBS结合ANN能有效解决土壤间存在的基体效应,LIBS结合ANN能有效解决 土壤间存在的基体效应,实现不同类型土壤中Cu元素的定量检测。     

新型光束匀化激光红外热成像检测系统及应用

激光红外热成像检测方法具有检测距离远、检测速度快、检测结果可视化等优点,在纤维增强复合材料缺陷检测领域具有广阔的应用前景。为消除由于激光加热不均造成的检测能力较低等问题,本文提出和研究了一种基于衍射分束原理的激光光束整形和匀化方法,在此基础上开发了便携式光纤耦合光束匀化激光红外热成像检测系统,并将其应用于航空碳纤维增强复合材料结构快速检测上的应用研究,计算及实验结果表明该方法及系统大幅提升了激光光束的均匀度,有效消除了由于加热不均造成的背景噪声,提高了缺陷的检出率,可以实现对纤维增强复合材料内部分层脱粘缺陷和冲击损伤等的有效检测。与现有商用红外热成像检测系统相比,所开发系统具有更高的检测性能。