土壤钾元素的激光诱导击穿光谱定量检测分析

实现土壤中钾元素含量的快速、现场测量对农田施肥与农业生产管理具有重要意义。利用波长为1064nm的Nd…YAG脉冲激光器作为激发光源,以宽光谱范围、高分辨率的中阶梯光栅光谱仪和高灵敏度的增强型电荷耦合器件(ICCD)作为光谱分光和检测器件,研究土壤中钾元素的激光诱导击穿光谱特性。实验中以钾元素的769.90nm谱线作为分析线,确定探测最佳延时为1μs,最佳检测门宽为5.2μs,钾元素质量分数的检测限为0.006858%,得到土壤样品定标曲线,且预测值与真实值相对误差小于5%。通过对12种不同基体类型的标准土样进行检测分析,结果表明,在实际的定量检测中需针对不同基体类型土壤样品进行分别标定。该研究结果为土壤钾元素的快速、现场定量检测提供了参考。     

离散三维荧光光谱法海洋浮游藻类群落结构快速测量技术

浮游藻类群落结构是评价海洋生态环境状况的重要指标之一,现有的研究主要基于现场采样实验室分析,缺少快速在线自动、 原位剖面以及遥感地面验证技术装备。针对浮游藻类群落结构快速获取与遥感数据地面验证需求,研究了基于离散三维荧 光光谱法的海洋藻类群落结构现场快速测量方法,研发了海洋藻类群落结构原位在线测量技术仪器,并开展了应用示范 与对比验证。结果表明,基于离散三维荧光光谱法的海洋藻类群落结构测量技术能够快速准确地获取藻类群落结构及叶 绿素含量,与现有技术相比,具有测量快速、准确、稳定可靠等优势,为海洋生态环境监测数据获取及遥感数据地面 验证提供了先进技术手段。     

LD泵浦固体激光器热透镜效应及优化设计的分析

LD泵浦固体激光器出现使激光器得到飞速发展,但是其在大功率运行时所表现出的强烈的热透镜效应,严重影响了激光器的稳定性和输出光的模式、光束质量.介绍了几种热透镜焦距fT和光束质量M2因子的估算公式,分析了热透镜改善的几种腔型设计.     

Detection of heavy metals in water samples by laser-induced breakdown spectroscopy combined with annular groove graphite flakes

The use of laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) for the analysis of heavy metals in water samples is investigated. Some factors such as splashing, surface ripples, extinction of emitted intensity, and a shorter plasma lifetime will influence the results if the water sample is directly measured. In order to avoid these disadvantages and the ‘coffee-ring effect', hydrophilic graphite flakes with annular grooves were used for the first time to enrich and concentrate heavy metals in water samples before being analyzed by LIBS. The proposed method and procedure have been evaluated to concentrate and analyze cadmium, chromium, copper, nickel, lead,and zinc in a water sample. The correlation coefficients were all above 0.99. The detection limits of 0.029, 0.087, 0.012, 0.083, 0.125, and 0.049 mgl~(-1) for Cd, Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn,respectively, were obtained in samples prepared in a laboratory. With this structure, the heavy metals homogeneously distribute in the annular groove and the relative standard deviations are all below 6%. This method is very convenient and suitable for online in situ analysis of heavy metals.     

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。     

电磁感应加热技术在水体重金属快速石墨富集中的应用

针对激光诱导击穿光谱技术用于水体重金属连续、自动、快速、高灵敏监测中的需求,以石墨为富集基体,采用电磁感应加热技术实现了样品的快速加热与富集,并研究了基于降温斜率的烘干判断方法。实验中以设定140℃判定定时2 s为例,测得从室温上升到140℃用时30 s,温度的误差范围为-5~+3℃,基于降温斜率准确判断了富集完成状态。研究结果表明,采用电磁感应加热技术结合基于降温斜率的富集完成判断方法可以有效实现被测样品的快速加热和准确烘干判断。     

基于LIBS技术的水体重金属连续在线检测方法

针对工业废水重金属原位在线监测的需求,提出了基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的水体重金属连续在线检测方法。采用石墨基底蒸干的富集方式,通过研究样液富集模式、样液定量添加方式、样液蒸干富集方式等,实现了水体中重金属元素的快速自动检测,提高了检测效率和检测能力。对含有Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn重金属元素的不同质量浓度的标准溶液进行检测,分别建立了这6种元素的定标曲线,并得到了相应的检测限。多次测量光谱强度相对标准偏差分别为9.24%、10.45%、12.59%、11.58%、15.24%、6.87%,检测限分别为0.03,0.012,0.0047,0.033,0.071,0.0376mg/L。该方法为水体重金属的在线监测提供了一种有效手段。     

基于改进YOLOv3的浮游藻类检测算法

浮游藻类的种类多样性和群落结构是水生态环境建设评价的重要指标,利用细胞图像对其进行识别是实现浮游藻类检测的重要手段。相较于传统的显微镜检法,基于深度学习的目标检测算法因更高效的检测能力而越来越多地被运用到浮游藻类检测领域。针对YOLOv3目标检测算法对部分形态小、边界模糊和粘连浮游藻类的检测精度低等问题,采用空间金字塔池化（SPP）结构改进了YOLOv3目标检测算法的特征提取方式,采用广义交并比（GIoU）边界损失函数改进了YOLOv3目标检测算法的边界损失函数,最终构建了一种基于SPP和GIoU改进的YOLOv3浮游藻类检测算法（SPP-GIoU-YOLOv3）。实验结果表明：在检测速度无明显差异的情况下,所提SPP-GIoU-YOLOv3分类检测算法对实验藻类的平均精度均值达95.21%,比YOLOv3目标检测算法提高了4.24个百分点。本研究为发展准确快速的浮游藻类检测方法技术提供了一定的基础。     

温度调谐的MgO∶LiNbO3 光学参量振荡器

采用电光调Q Nd∶YAG经KTP晶体倍频得到0. 532μm的激光,泵浦非临界相位匹配的MgO∶L iNbO3 晶体。当光学参量振荡器(OPO)的输出镜采用对剩余泵浦光高反的腔镜时,泵浦阈值有明显的降低,转换效率提高了2个百分点。     

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。