CuSO4水溶液中Cu元素的激光诱导击穿光谱研究

通过单脉冲激光诱导击穿光谱技术(LIBS),测定了CuSO4水溶液中微量重金属元素Cu的LIBS光谱.研究Cu原子LIBS光谱信号的时间演化特性,激光功率密度对LIBS光谱信号的影响,测定Cu元素浓度在31.25ppm到1000ppm区域内变化时324.75nm谱线的强度,由定标曲线拟合结果得到铜元素的检测限为23ppm.     

透镜到样品表面距离对LIBS测量的影响

采用Nd:YAG激光器产生的脉冲激光诱导击穿铜片形成等离子体,研究了透镜到样品表面距离的不同对激光诱导击穿光谱(LIBS)测量的影响.实验选择合适的延迟时间和采样门宽,并选用元素谱线λ(Cu)为324.8 nm和327.4 nm,λ(Zn)为330.3 nm和334.5 nm进行分析.实验结果表明,透镜到样品表面的距离对LIBS测量确实有很大的影响,谱线强度以及其相对标准偏差均与透镜到样品表面距离密切相关.透镜到样品表面的距离大于焦距时,空气击穿现象严重,不宜用于LIBS测量.激光脉冲能量大,透镜到样品表面距离对LIBS测量的影响大,激光脉冲能量小则相反.     

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.     

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.     

无自吸收效应的光学薄激光诱导击穿光谱研究与性能评估

针对影响激光诱导击穿光谱(LIBS)定量分析精度的自吸收效应,发展了新型的光学薄激光诱导击穿光谱(OT-LIBS)技术,通过匹配等离子体光谱中元素双线强度比与理论值来设置曝光延时,从而直接由实验装置获得无自吸收的元素发射谱线,不仅避免了建模校正的误差,且未额外增加设备.通过对比Boltzmann平面的线性相关度以及自吸收(SA)系数,验证了OT-LIBS能够诱导产生光学薄等离子体.与传统的自吸收效应校正方法相比,OT-LIBS所获Boltzmann平面的线性相关度达到0.99,而且SA系数达到最大值,证明自吸收效应最小.单变量定标的定量分析结果表明,相比于传统LIBS,OT-LIBS将Al元素定标线的线性相关度由0.86提高至0.98,平均绝对测量误差由1.2%降低至0.13%,检测精度提高了一个量级.探讨了OT-LIBS的边界条件、适用性和局限性,该技术对Al元素含量和脉冲激光能量的限定范围分别为0–20.8%和大于16.9?mJ,对Al元素含量和脉冲激光能量的可适用范围分别为0–15.9%和大于33.1?mJ.本技术有助于进一步推动LIBS的工业化应用步伐.     

AlCl3水溶液的激光诱导击穿光谱特性研究

利用自建的液相射流单脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置,系统地研究了激光能量、ICCD探测延时和ICCD门宽等实验参数对AlCl_3水溶液LIBS特性的影响,确定了将LIBS用于AlCl_3水溶液中Al元素定量分析时的最佳实验条件.     

激光感生击穿光谱技术在燃烧诊断中的应用

简述了激光感生击穿光谱(LIBS)技术的研究基础,包括实验台架、光谱定性定量分析方法,详细介绍了所进行的LIBS技术在燃烧诊断中的应用研究工作,利用LIBS技术对飞灰中的碳含量和燃煤特性及成分进行了分析.结果表明,采用LIBS测得的飞灰含碳量与传统的重量燃烧法测得的飞灰含碳量结果吻合较好;煤化程度不同的煤呈现出不同的等离子体时间谱,在相同实验条件下,煤化程度越高的煤种其等离子体温度越高;利用LIBS技术测得的燃煤成分含量与传统测量方法得到的结果吻合亦较好.该研究证实了激光感生击穿光谱技术在燃烧诊断中应用的可行性,为后续的燃烧诊断研究和试验工作奠定了基础.     

LIBS技术在线检测重金属污染物的应用研究

指出了激光击穿光谱(LIBS)是一种新型的元素分析技术,具有灵敏度高、快速、可多元素同时测量并可在线检测等优点,非常适合针对环境中重金属污染物的实时在线检测.利用自行搭建的一套激光击穿光谱实验装置,开展了对烟气、污水、土壤中重金属的LIBS探测的实验研究,实验结果表明:LIBS技术为解决环境中重金属污染物的实时在线检测提供了技术支持,为将该技术利用到环境保护领域奠定了基础.     

空气中激光聚焦位置对Cu等离子体光谱的影响

利用Nd:YAG脉冲激光烧蚀金属Cu靶,观测了在空气中产生的等离子体发射光谱;通过改变激光聚焦点到靶面的距离,研究了激光聚焦位置改变时等离子体光谱空间演化规律;由NⅡ500.52 nm谱线的相对强度和半高全宽随激光功率密度的演化规律,讨论了空气中激光聚焦位置对等离子体光谱的影响. 结果发现,光谱的相对强度和光谱结构强烈地依赖于透镜与靶面间距离的现象可以从激光功率密度的角度予以解释.     

水泥基气凝胶涂料防火性能试验研究

文章利用气凝胶板生产过程中的气凝胶废料配制水泥基防火涂料,通过试验研究该涂料的防火性能与气凝胶粉掺量的关系.研究表明,水泥基气凝胶涂料具有较好的防火性能,涂料的导热系数随着气凝胶掺量的增加而下降,涂料干容重从813 kg·m~(-3)降到527 kg·m~(-3)时,防火涂料的导热系数由0.227 W·m~(-1)·K~(-1)降至0.084 W·m~(-1)·K~(-1).涂料的防火性能随着气凝胶掺量的增加表现出先增强后减弱的特征,当涂料干容重从813 kg·m~(-3)降至583 kg·m~(-3)时,涂料的耐火极限时间由41 min增长至70 min,干容重进一步降低到527 kg·m~(-3),其耐火极限时间下降至50 min.     

激光诱导击穿光谱结合化学计量学的淫羊藿产地快速鉴别

淫羊藿具有增加心脑血管血流量,促进造血和增强免疫功能等功效.淫羊藿的药效受产地的影响,为确保其质量,需对淫羊藿产地进行快速鉴别.为此,采用激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)结合化学计量学方法对淫羊藿产地实现快速准确鉴别.通过获取6个产地淫羊藿样品的LIBS光谱数据,对比研究两种光谱数据降维方法,基于主成分分析(Principal component analysis,PCA)的特征提取和基于原子光谱数据库的特征谱线选择,并结合线性判别分析、k近邻、随机森林(Random forest,RF)和支持向量机(Support vector machine,SVM)4种机器学习算法,实现不同产地淫羊藿样品的鉴别,最终建立产地溯源算法模型.在PCA可视化中,相同产地淫羊藿样品的光谱数据具有明显的聚类效果.开发的模型均能够实现淫羊藿产地的准确鉴别,其中PCA-SVM模型的分类效果最好,测试集分类准确率为99.17%.此外,采用RF模型计算所选元素谱线的重要性,结果表明Si元素(SiⅠ251.61 nm)是区分不同产地淫羊藿的最重要...     

藏药七十味珍珠丸的激光诱导击穿光谱检测

采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对藏药七十味珍珠丸进行了定性研究.利用高能量Nd:YAG脉冲激光器1 064 nm光束聚焦待测样品表面产生等离子体,并用光谱仪和ICCD来探测其光谱信号.通过采集的光谱图分析得到该藏药中含有Mg、Ca、Na、Fe、Al、Si、K、Li、Hg、Pb、Au等10种元素,其中Hg、Pb、Au为重金属元素.另外,还对不同价态的Pb元素进行了LIBS的时间演化研究,结果表明:应用LIBS技术可以探测藏药所含元素的价态.     

激光产生的硫等离子体2s—2p光谱及分析模拟

利用双脉冲激光等离子体光谱技术测量了激光作用于高纯度硫靶产生的16~24nm波段的发射光谱,分析发现谱线主要来自Sq+(q=7,8,9,10)离子的2s—2p跃迁.基于稳态碰撞辐射模型和激发态离子数布局满足归一化玻尔兹曼分布的假设,计算了不同离化态硫离子在不同等离子体温度和电子密度下的布居数,在不同电子温度下模拟了等离子体光谱,并通过与实验光谱比较确定了等离子体参数.     

乙醇掺氮放电大气压等离子体射流的光谱特征研究

对乙醇放电的大气压等离子体射流进行了研究.用发射光谱(OES)法观察了等离子体光谱中的C,CN,CH和C_2基团.在Ar与乙醇混合物等离子体的光谱中,分别在473.7,516.4和563.5nm处出现了3个明显的C_2分子谱线;在388.3nm出现了CN自由基分子谱线.掺入氮气后在422nm处出现了新的CN谱线,C_2谱线则只出现在516.4nm处,473.7和563.5nm处的C_2谱线明显消失.当乙醇含量不变时,随着氮气流量的增加,可以显著地提高CN基团的谱线强度,同时有效地抑制C_2基团的谱线强度.     

T91金属管道表面特性对LIBS测量的影响

为了将激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术应用到火电厂运行的高温承压管道的失效检测中,对来自火电厂的4个不同老化等级的T91钢管道样品表面采用打磨与未处理2种处理方法,对比光谱与其作为预测集在老化等级模型中的表现。分析数据表明:打磨与未处理样品的代表性元素的谱线强度变化在前100的激光脉冲段有较大的差异;而在100～200的激光脉冲段打磨与未打磨的光谱强度趋于接近。在支持向量机(support vector machines,SVM)老化等级模型中,选取未打磨样品的激光脉冲段100～200的光谱数据输入SVM老化等级模型进行预测,得到了与打磨样品同样良好的预测结果,所有预测样品的准确率均达到了0.91以上。结果表明:选取合适的激光脉冲段,可以避免实际金属管道的表面特性对LIBS测量的影响,得到良好的老化等级预测结果。     

用于激光等离子体X射线诊断的谱仪

为了诊断波长为0.5～0.8 nm的激光等离子体X射线,研制了一种新型的高空间和光谱分辨率的晶体谱仪.采用2个不同分光计材料、不同形状且相互垂直分布的通道可以同时获得谱线的空间和光谱分辨率.利用成像板接收光谱信号,其有效接收面积为30 mm×80 mm.讨论晶体基本参数和给出了谱仪设计参数.在中国工程物理研究院激光聚变研究中心的20 J激光器装置进行实验,两个方向的成像板同时获取得到了Al激光等离子体X射线光谱,其中水平通道的PET平面晶体获取的空间分辨率为1.73～6.88 mm,而垂直通道的Mica球面弯晶得到的光谱分辨率达到1 000～1 500.实验结果表明该谱仪适合于激光等离子体X射线的光谱学研究.     

以液体喷流方式利用LIBS定量分析水溶液中的Cr元素

为了提高激光诱导击穿光谱技术用于水溶液中痕量重金属检测的稳定性和灵敏度,采用液体喷流的方式,利用激光诱导击穿光谱技术对不同浓度的Cr溶液进行了检测和分析.通过对实验系统的激光能量、探测延时等的优化,以Cr元素的425.43 nm谱线作为分析线,得到水溶液中的Cr元素的检测限(LOD)为1.26ppm.这一结果比Nilesh K.Rai等人(参见文献1)的检测灵敏度提高了近24倍.     

基于激光诱导击穿光谱法的婴幼儿配方奶粉中钙元素快速检测

采用激光诱导击穿光谱法(LIBS)对婴幼儿配方奶粉中的钙元素进行检测,但由于Stark效应的干扰,其LIBS谱峰信号极易产生漂移和拓宽等畸变信息.为了有效克服LIBS信号畸变对定量分析的影响,结合了改进随机蛙跳算法(MRFA)、高密度小波变换(HDWT)和偏最小二乘法(PLS),以近似平移不变的方式选择LIBS信号的最佳特征,进而在LIBS信号畸变的情况下获得良好的定量效果.结果表明,MRFA-HDWT-PLS模型的预测均方根误差为0.029,相关系数0.97,相对均方根误差为5.3%,有效满足配方奶粉中钙元素检测的精度要求,有望为婴幼儿奶粉质量安全筛查提供一种新手段.     

基于激光诱导击穿光谱法的婴幼儿配方奶粉中钙元素快速检测#br#

采用激光诱导击穿光谱法(LIBS)对婴幼儿配方奶粉中的钙元素进行检测,但由于Stark 效应的干扰,其LIBS 谱峰信号极易产生漂移和拓宽等畸变信息. 为了有效克服LIBS 信号畸变对定量分析的影响,结合了改进随机蛙跳算法(MRFA)、高密度小波变换(HDWT)和偏最小二乘法(PLS),以近似平移不变的方式选择LIBS 信号的最佳特征,进而在LIBS 信号畸变的情况下获得良好的定量效果. 结果表明,MRFA-HDWT-PLS 模型的预测均方根误差为0.029,相关系数0.97,相对均方根误差为5.3%,有效满足配方奶粉中钙元素检测的精度要求,有望为婴幼儿奶粉质量安全筛查提供一种新手段.     

激光诱导击穿光谱科学技术

正2019年7月6～7日,激光诱导击穿光谱(LIBS)科学技术研讨会暨第一届国际LIBS峰会在北京顺利召开。会议由清华大学能源与动力工程系、电力系统国家重点实验室及中国光学工程学会中国LIBS专业委员会联合主办。清华大学王哲教授担任大会主席,清华大学金国藩院士、倪维斗院士出席会议并致辞。会议吸引了来自中国、美国、加拿大、意大利、西班牙、印度及巴基斯坦等国家和地区的148位专家学者参会,并得到了美国光学学会(OSA)及国内多家赞助商的大力支持。此次会议共举办4场大会主题报告和5场邀请报告,内容主要集中于LIBS基础研究及相关应用研究。会议设置了充足的讨论时间,旨在为参会者提供与顶级LIBS科学家直接交流的机会,加深对LIBS技术的理解,提升研究能力。同时,会议设置了LIBS领域最大奖项。