水泥中MgO含量的激光诱导击穿光谱测量方法研究

氧化镁是水泥中要求准确测定的主要物质之一。利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对普通硅酸盐水泥样品进行了等离子体光谱分析。选择Mg I 517.2nm特征谱线作为分析线,测量了不同激光能量下的光谱信号强度以及对应的信噪比,确定了最佳激光能量为40mJ。为减小实验误差,将Mg 517.2nm的光谱强度和516~520nm的光谱强度积分之比作为内标,建立了MgO质量分数测定的定标曲线,定标曲线的线性系数达到了0.9959。采用循环反演的方法检测了MgO定量分析的测量精度,最大相对偏差和平均相对偏差分别为5.9%和2.48%,LIBS对水泥样品中的MgO质量分数的检测限达到了0.51%。     

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。     

激光诱导击穿光谱技术定量分析原油金属元素

为了对原油中金属元素含量进行分析,利用激光诱导击穿光谱技术分别采用Na光谱的积分强度、峰值强度作定标曲线对高温灼烧后的原油中的Na进行了定量分析。实验中选取Na Ⅰ 588.995nm,Mg Ⅰ 383.230nm,Al Ⅰ 308.215nm,K Ⅰ 404.414nm,Ca Ⅰ 364.441nm,Fe Ⅱ 273.955nm作为分析线对原油样品灼烧后的6种元素进行分析,测得其质量分数分别为0.0592,0.0029,0.0212,0.0019,0.0072,0.1686,并得出了定标曲线的线性相关系数及检出限。结果表明,选用积分强度作定标曲线效果更好;激光诱导击穿光谱技术测量结果与X射线荧光光谱技术对Na的测量结果相对误差为6.28%;激光诱导击穿光谱技术可应用于原油中金属元素含量的测量。     

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。     

内定标法水中Cr元素LIBS定量分析

以提高激光诱导击穿光谱(LIBS)技术精准检测水体中的重金属元素Cr为研究目的,对实验室配制的7种不同质量浓度的含铬(Cr)水溶液采用护肤棉进行富集,并对自然晾干后的护肤棉进行LIBS试验。首先对试验参数进行了优化并确定425.43 nm为Cr的特征分析谱线。选择护肤棉中固有的钙(Ca)元素作为内定标元素,其特征谱线为422.67 nm。分别采用内定标法和直接定标法进行定量分析,取其中的五个样品建立定量分析模型,并利用另外的两个样品验证模型的准确性,得出拟合曲线的线性相关系数分别为0.99614、0.73655,两个验证样品的相对误差值分别为11.38%、4.84%和64.66%、11.58%;内定标法LIBS的检出限为5.27μg/m L,优于之前滤纸富集的6.06μg/m L。试验结果表明以护肤棉为吸附基质结合内定标法能提高LIBS检测水体Cr元素的准确性、并能降低检出限。     

用激光诱导击穿光谱技术定量分析矿石样品中Si和Mg

激光诱导击穿光谱(LIBS)技术被用来定量分析矿石样品元素成分.波长为1064 nm的Nd:YAG脉冲激光聚焦在样品表面后产生激光等离子体,等离子体原子发射谱由微型光谱仪记录.为了优化实验条件,研究了激光能量和延时时间等部分参数对谱线强度的影响.实验发现激光脉冲能量对光谱信号的影响大.在选定的变化范围内,改变延时对光谱的影响较小.实验中分别以硅(Si I谱线251.6 nm)和镁(Mg I谱线285.2 nm)为分析线,采用外定标法对硅和镁的含量进行了反演,测得的硅和镁元素含量值与标准值的相对误差分别为7%和3%.     

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。     

基于激光诱导击穿光谱定量分析苹果中铬含量

基于激光诱导击穿光谱技术对苹果中铬进行定量分析。采用1064 nm的调Q纳秒级Nd∶YAG激光器作为光源,用八通道光谱仪进行采集光谱。研究分析了光谱强度与延时时间的关系,并确定1.1μs为最佳延时时间。根据光谱定量分析基本公式,建立了苹果中Cr的定标曲线,线性相关系数R达到0.985,反演后得到的测量含量和实际含量的平均相对误差为10.15%。研究得出激光诱导击穿光谱技术用于检测苹果中铬含量的定标曲线。     

基于元素粒子比的土壤重金属元素快速分析方法研究

由于自由定标法-激光诱导击穿光谱(CF-LIBS)需要元素归一化,多元素同时参与计算,土壤中微量元素谱线较弱,计算Saha-Boltzmann斜线困难,因而采用元素粒子比方法对多种国家标准土壤样品和实地采集的土壤样品中Cr的含量进行了预测。通过Saha-Boltzmann方程计算了等离子体中Cr、Si、Fe 3种元素的等离子体温度,以Al I 309.284 nm特征谱线的Stark展宽计算了等离子体电子密度,验证了实验条件下等离子体处于局部热平衡(LTE)状态。结合Saha-Boltzmann方程和Saha方程,计算土壤样品等离子体中Cr、Si元素的粒子比,从而计算出Cr元素在土壤样品中的含量。实验对国家标准土壤样品中Cr的预测相对误差在7%以内,对实地采集土壤样品中Cr的预测相对误差最大值为16.438%。研究结果表明元素粒子比方法可以用于土壤中Cr含量的快速分析,提高了LIBS技术用于土壤元素含量快速探测的优势。     

激光诱导击穿光谱内标参量选取方法研究

内标法是激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析主要使用的方法之一,采用内标法进行定量分析的关键就是内标参量的选取。以Fe 438.35 nm作为分析谱线,分别选取434~441 nm光谱积分、Al 309.29 nm、Si 288.17 nm、Ca 317.9 nm为内标参量,对水泥样品中的Fe元素进行定量分析,得到的定标曲线线性度分别为0.993、0.962、0.992和0.846。通过分析各内标参量与分析谱线光谱强度比值随积分延迟时间的变化情况,以及针对每个样品选用不同的内标参量得到的多组测量数据的离散程度,得出采用内标法进行LIBS定量分析时,应该选择在积分延迟时间附近光谱强度变化与待测元素的分析谱线最为相似的作为内标参量的结论。这样能有小减弱由于激光器时间抖动导致的定量分析误差,提高定量分析精度。     

煤中激光诱导击穿光谱的碳元素定量分析

在定量分析煤样品中碳元素含量时, 为了克服受基体效应影响较大且预测精度低的问题, 在最优实验条件下, 获得14个标准煤样品经激光诱导击穿光谱(LIBS)试验后的光谱数据, 并选取独立性好、不受相邻谱线干扰的C Ⅰ 193.09nm波长, 将积分强度作为输入变量, 采用基本曲线定标法以及神经网络定标法, 对煤样品进行定量分析。结果表明, 当采用基本定标曲线法时, 受噪声干扰以及基体效应的影响较大, 平均相对误差为15.39%;当采用神经网络定标法时, 验证样品的相对误差平均降低了7.54%;采用神经网络定标法能有效减小定量分析误差, 提高LIBS对煤中碳元素含量的预测能力。该研究可为定量分析煤中碳元素含量提供指导。     

激光诱导击穿光谱技术测定土壤中元素Cr和Pb

为了检验激光诱导击穿光谱技术对物质成分的检测能力,采用Nd:YAG激光器在优化实验条件下激发产生土壤等离子体,通过等离子体原子发射光谱法定量分析了国家标准土壤样品中元素Cr和Pb。实验中绘制了以Fe原子谱线为内标、分析谱线背景为内标以及没有内标的3种情况下的元素定标曲线,并确定了方法的精密度和检出限。结果表明,3种情况下分析元素Cr的相对标准偏差分别为5.85%、26.48%和33.10%,元素Pb的相对标准偏差分别为5.42%、22.78%和38.66%,证明采用内标法可以明显提高测量精度。用Fe谱线为内标时得到的元素Cr和Pb的相对检出限分别为3.5010-3%和57.9010-3%,满足微量元素分析要求。     

土壤中Pb、Cr元素激光诱导击穿光谱技术定量分析

采用激光诱导击穿光谱技术(Laser-induced b reakdown spectroscopy,LIBS)对土 壤样品中的Pb和Cr元素进行了分析,以PbI280.17 nm和CrI425.43 nm作为分析线,优化了透 镜到样品的距离(Lens to sample distance,LTSD)、延迟时间对光谱信号强度及信噪比 SNR 的影响。在最佳实验条件下,对两种元素的谱峰强度和元素浓度进行分析,针对外标法 和内标法分别建立了谱线峰值强度、谱线峰值积分面积与对应元素浓度的定标曲线。采用谱 线峰值积分面积法对土壤中重金属Pb和Cr元素的检测,相比于外标法,内标法将Pb和Cr元素 最大相对误差分别从13.56%和12.68%降低到了 6.7%;Pb和Cr元素定标曲线的拟合相关 系数R²分别从0.978和0.975提高到了0.996和0.991。实 验结果表明:采用LIBS技术对土 壤中Pb、Cr元素检测具有可行性,采用谱线峰值积分面积的内标法,可以降低最大相对误差 并提高测量精度。     

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。     

基于背景扣除法消除土壤基底中Al元素干扰的LIBS实验研究

土壤中重金属的污染严重影响了农业和食品安全，因此，对重金属污染的高效、准确的检测是目前亟需解决的问题。采用激光诱导击穿光谱技术（Laser induced breakdown spectroscopy，LIBS）对土壤中Ni元素进行定量分析时发现，土壤中波长为373.68 nm的Ni元素的特征峰会受到Al元素在373.39 nm处谱线的影响，因此，将纯铝基底土壤光谱与压片土壤光谱进行了对比测量。提出了以纯Al作为基底，采用纯Al基底谱线扣除土壤背景中Al元素谱线的方法，来消除土壤背景中Al元素对Ni元素干扰，该方法被称为背景扣除法。实验确定了两种土壤样品的最佳延迟时间均为1.0 μs，透镜到样品的距离（Lens to sample distance，LTSD）分别为97 mm和96 mm。采用内标法对两种土壤样品中的Ni进行了定量分析，得到纯Al基底土壤样品中Ni元素的定标曲线拟合效果较好，相关系数R2为0.997，最大标准偏差（Relative standard deviation，RSD）为4.34%，采用基底背景扣除法后的纯铝基底土壤样品中Ni元素检测的相对误差降低到4%。实验结果表明:采用LIBS技术对土壤中重金属元素含量测量时，在元素特征谱线有限的情况下，为避免谱线干扰，提高检测精度，采用背景扣除的方法能够有效消除元素间的谱线的干扰。     

激光诱导击穿光谱技术测定土壤中元素Cr和Pb

为了提高激光诱导击穿光谱技术对物质成分的检测水平,在实验中加入了平面反射镜装置约束激光等离子体。用Nd:YAG纳秒脉冲激光激发产生土壤等离子体发射光谱,测量绘制了元素的定标曲线,定量分析了土壤样品中重金属元素Cr和Pb,并与不加入平面反射镜装置条件下的检测结果进行比较。计算表明,实验中加入平面反射镜装置以后,元素Cr和Pb的测量结果的相对标准偏差与无平面反射镜装置时的相比较,分别从5.22%和8.12%降低到了3.43%和3.94%;而元素分析检出限分别由4.13×10-3%和62.54×10-3%降低到2.61×10-3%和44.22×10-3%。可见,利用平面反射镜装置能够明显提高激光诱导击穿光谱技术的测量精度。     

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。     

铝合金中元素Cr和Cu的双脉冲激光诱导击穿光谱检测

采用共线双脉冲激光诱导击穿光谱(Dual pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)技术分析铝合金中微量元素含量,详细研究了共线双脉冲光谱信号强度与 双脉冲间时间延迟的关系,最佳延时为8$\sim$9 $\mu$s。在该延时条件下,双脉冲光谱信号强度比单脉冲光谱 信号强度增强了10倍以上。分别采用双脉冲激光诱导击穿光谱和单脉冲激光诱导击穿光谱(Single-pulse laser induced breakdown spectroscopy, SP-LIBS)技术,得到了以Cu I 324.75 nm, Cr I 425.43 nm 谱线为分析线 的定标曲线。与采用单脉冲激光诱导击穿光谱技术相比,铝合金中 Cu和 Cr的检测极限分别由单脉冲时的169.5 和94.5 $\mu$g/g降低至双脉冲时的21.46 和4.26 $\mu$g/g。     

激光诱导击穿固体样品中金属元素光谱的实验研究

激光诱导击穿样品产生的等离子体寿命通常在微秒量级,对其时间演化过程进行了解有利于优化信号采集.定标曲线是定量分析的基础,并且与测量灵敏度和准确度密切相关.采用聚焦的脉冲激光束击穿样品形成等离子体,其发射光谱由中阶梯光栅光谱仪分光,并由增强型电荷耦合器件(ICCD)进行光电探测采集.为了实现对金属元素的激光诱导击穿光谱(LIBS)测量,在石墨中分别加入Ca,Al,Na,K等元素制作成片状实验样品,利用实验装置进行了系统的激光击穿光谱探测研究.应用ICCD100 ns光学门宽的时间分辨率,通过实验得到了等离子体的时间演化特性曲线,分析了激光击穿固体样品后各待测元素的演化过程.根据含有不同浓度的同种元素样品的LIBS实验结果,归纳出各元素浓度与谱线强度的定标曲线,且大多数定标曲线的线性拟合相关度较高.同一元素不同波长的谱线,其定标曲线的斜率不同,对其差异进行了分析.     

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。