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Laser Induced Breakdown Spectroscopy for Comparative Quantitative Analysis of Betel Leaves from Pakistan 被引量:1
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作者 I Rehan K Rehan +1 位作者 S Sultana R Muhammad 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第10期3295-3302,共8页
Laser induced breakdown Spectroscopy(LIBS)was applied for the elemental analysis and exposure of the heavy metals in betel leaves in air.Pulsed Nd∶YAG(1064 nm)in conjunction with a suitable detector(LIBS 2000+,Ocean ... Laser induced breakdown Spectroscopy(LIBS)was applied for the elemental analysis and exposure of the heavy metals in betel leaves in air.Pulsed Nd∶YAG(1064 nm)in conjunction with a suitable detector(LIBS 2000+,Ocean Optics,Inc)having the optical resolution of 0.06 nm was used to record the emission spectra from 220 to 720 nm.Elements like Al,Ba,Ca,Cr,Cu,P,Fe,K,Mg,Mn,Na,P,S,Sr,and Zn were found to present in the samples.The relative abundances of the observed elements were calculated through standard calibration curve method,integrated intensity ratio method,and weight percentage LIBS approach.LIBS findings were validated by comparing its results with the results obtained using a typical analytical technique of Inductively Coupled plasma-optical emission spectroscopy(ICP-OES).Limit of detection(LOD)of the LIBS system was also estimated for heavy metals.The experience gain through this work implies that LIBS could be highly applicable for testing the quality and purity of food products. 展开更多
关键词 laser induced breakdown spectroscopy(LIBS) Spectral analysis Inductively coupled plasma-optical emission SPECTROMETRY Limit of detection(LOD)
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Simultaneous Measurements of Coal Ash Composition by Laser-induced Breakdown Spectroscopy in Different Optical Collection 被引量:4
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作者 YAO Shunchun LU Jidong DONG Meirong ZHENG Jianping LI Jun ZHANG Bo 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第11期I0008-I0008,10,共1页
针对燃煤组分分布不均匀的特性,研究不同收光模式对激光诱导击穿光谱技术同步测量灰成分的影响。选用具有不同灰成分含量梯度的燃煤样品作为检测对象,对比分析同向收光和侧向收光下灰成分组成元素谱线信号探测的强度和稳定性及SiO2、A... 针对燃煤组分分布不均匀的特性,研究不同收光模式对激光诱导击穿光谱技术同步测量灰成分的影响。选用具有不同灰成分含量梯度的燃煤样品作为检测对象,对比分析同向收光和侧向收光下灰成分组成元素谱线信号探测的强度和稳定性及SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO和TiO2含量定量分析的精确度。研究结果表明,相同实验条件下同向收光模式的光谱信号稳定性和定量分析精确度更好,检验样品中各灰成分的预测值和参考值之间的拟合度均在0.986以上。而侧向收光模式下探测到的光谱信号强度更强,光谱探测下限可以达到190nm。 展开更多
关键词 激光诱导 光谱仪 粉煤灰 同时测量 击穿 眼镜 组成 安全经济运行
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激光入射角对高频激光诱导击穿光谱信号强度及重复性的影响研究
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作者 杨文锋 谢旻玥 +6 位作者 钱自然 李绍龙 曹宇 林德惠 吕双祺 杨晓强 华海杰 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期1999-2007,共9页
原位、实时的在线监测技术有助于提升飞机蒙皮激光除漆过程的可控性。激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种高效且快速的元素分析技术,通过激光材料作用过程中产生的等离子体光谱信息快速分析漆层元素变化,实现智能化激光可控除漆。LIBS技术在... 原位、实时的在线监测技术有助于提升飞机蒙皮激光除漆过程的可控性。激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种高效且快速的元素分析技术,通过激光材料作用过程中产生的等离子体光谱信息快速分析漆层元素变化,实现智能化激光可控除漆。LIBS技术在地质探测、成分检测、过程监测等领域也展现了广泛的应用潜力。而受监测对象外轮廓或表面形态限制,采用LIBS技术进行探测、检测、监测时,不可避免出现激光以非垂直入射方式与材料表面作用,促使诱发的等离子体光谱强度及稳定性出现波动,影响基于LIBS技术的地质探测、成分检测、过程监测结果。因此,为提高LIBS分析的准确性,需要考虑激光入射角对LIBS光谱强度及重复性的影响。论文针对飞机蒙皮自由曲面或几何突变区域的激光除漆LIBS在线监测,采集了不同激光入射角下的LIBS光谱,采用基线校正对原始光谱进行数据预处理,并选取6条特征谱线作为分析光谱,研究了激光入射角对LIBS光谱特征信号强度及其重复性的变化规律与成因。结果表明,在激光入射角从90°下降至60°(间隔5°)范围,特征峰强度随激光入射角的减小总体呈“先增大后减小”的规律,其中特征谱线TiⅠ429.926 nm对激光入射角有较好的敏感程度和响应特性。当激光入射角为75°时,特征谱线TiⅠ429.926 nm的特征峰强度相比于激光入射角为90°的特征峰强度增加了近145%,该结果说明激光入射角的选取有利于提升光谱信号质量、增强信号强度。此外,特征谱线TiⅠ429.926 nm的特征峰强度在激光入射角75°~65°范围内重复性较好,而其余元素特征峰强度在激光入射角为85°时重复性较好。本研究阐述了激光以垂直、非垂直入射方式时LIBS特征光谱的联系和差异,揭示了激光入射角对LIBS特征信号多维度特性的影响机制,可为激光非垂直入射时的LIBS探测、检测、监测提供借鉴和参考。 展开更多
关键词 激光入射角 激光诱导击穿光谱 监测 激光非垂直入射
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基于激光诱导击穿光谱的标准加入法的研究进展 被引量:1
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作者 杨新艳 李东东 +4 位作者 叶文清 洪涛 华泽丰 秦正波 郑贤锋 《激光技术》 北大核心 2025年第3期403-411,共9页
基体效应是限制激光诱导击穿光谱(LIBS)发展的技术“短板”。为了降低基体效应,克服复杂基质标样难以获得的技术难点,标准加入法被引入LIBS技术领域。介绍了标准加入法的5种实施方式,指出了标准加入法辅助LIBS技术在环境、考古及矿物、... 基体效应是限制激光诱导击穿光谱(LIBS)发展的技术“短板”。为了降低基体效应,克服复杂基质标样难以获得的技术难点,标准加入法被引入LIBS技术领域。介绍了标准加入法的5种实施方式,指出了标准加入法辅助LIBS技术在环境、考古及矿物、食品及药材安全监测等领域的具体应用,讨论了在线、数据处理辅助和样品简化标准加入法3种改进方法的原理和应用,其中在线标准加入法可实现样品的自动化制样,提高LIBS技术定量分析的效率;数据处理辅助标准加入法弱化光谱背景干扰、光谱波动和自吸收效应,提高标准加入法辅助LIBS技术的定量分析准确度;样品简化标准加入法克服无法直接检测粉末样品的缺点,在简化样品数量的同时,提高标准加入法辅助LIBS技术的检测效率。基于上述应用进展及其改进方法,指出了标准加入法辅助LIBS技术在液体和粉末样品痕迹检测方面的优势。 展开更多
关键词 激光技术 激光诱导击穿光谱 标准加入法 基体效应
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激光诱导击穿光谱结合机器学习的土壤沉积物重金属元素定量分析方法研究 被引量:1
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作者 杏艳 李茂刚 +4 位作者 念娟妮 王婷 周奎 张天龙 李华 《分析测试学报》 北大核心 2025年第6期1115-1122,共8页
土壤沉积物中的重金属污染问题日益凸显,开发现场快速检测技术已成为确保污染监测有效性及推进环境治理不可或缺的手段。基于此,该研究提出了一种基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)结合机器学习算法的土壤沉积物重金属元素定量分析方法。... 土壤沉积物中的重金属污染问题日益凸显,开发现场快速检测技术已成为确保污染监测有效性及推进环境治理不可或缺的手段。基于此,该研究提出了一种基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)结合机器学习算法的土壤沉积物重金属元素定量分析方法。首先,基于搭建的LIBS装置采集了土壤沉积物样本的光谱,探究了不同光谱预处理方法对光谱数据的预处理性能。紧接着基于变量重要性测量(VIM)对预处理后的光谱数据进行特征变量筛选。借助交叉验证对预处理方法、变量重要性阈值等参数进行了优化。基于优化的输入变量建立了土壤沉积物样本中3种重金属元素(Pb、Cu和Zn)的定量分析模型,并与其他校正模型的性能进行了比对。结果表明,该研究提出的VIM-RF校正模型表现出最佳的预测性能,对于Pb其R^(2)_(p)为0.9930,RMSE_(p)为0.0298mg/kg,对于Cu其R^(2)_(p)为0.9810,RMSE_(p)为0.1127mg/kg,对于Zn其R^(2)_(p)为0.9920,RMSE_(p)为0.1662 mg/kg。由此可见,该文建立的方法有望为土壤沉积物环境重金属污染快速筛查及治理提供一定的理论参考依据。 展开更多
关键词 土壤沉积物 重金属 激光诱导击穿光谱 随机森林 特征选择
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激光诱导击穿光谱技术在文化遗产领域的应用 被引量:2
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作者 李晨毓 曲亮 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第2期30-47,共18页
激光诱导击穿光谱技术是一种基于原子发射光谱法的元素分析技术,通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量,用于元素定性和定量分析。该技术无需样品制备,几乎无损、快速安... 激光诱导击穿光谱技术是一种基于原子发射光谱法的元素分析技术,通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,进而对等离子体发射光谱进行分析以确定样品的物质成分及含量,用于元素定性和定量分析。该技术无需样品制备,几乎无损、快速安全地实现全元素分析,特别适用于轻质元素的检测。总结归纳了激光诱导击穿光谱技术在不同类型文化遗产领域的分析能力,简要描述了该技术的基本原理与设备组成,给出激光诱导击穿光谱技术在不同文物类型中具有启发性的案例,证明该技术已成为文化遗产领域元素表征方面的有利工具,有助于解决国内元素分析方面的问题,具有一定的推广价值。 展开更多
关键词 光谱学 元素分析 激光诱导击穿光谱 文化遗产 发射光谱
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基于LIBS技术的钢丝表调液Zn元素快速检测分析
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作者 时晨 马明俊 +4 位作者 方丽 赵南京 殷高方 陈富强 张小玲 《激光技术》 北大核心 2025年第2期175-179,共5页
为了实现钢丝表调液在线快速检测,采用滤纸富集钢丝表调液,验证富集方式的可行性;在此基础上研究了pH值对激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测结果的影响,并通过匹配标准样pH值分别建立定标曲线,反演某钢丝厂7种表调液中的Zn元素,进行了理... 为了实现钢丝表调液在线快速检测,采用滤纸富集钢丝表调液,验证富集方式的可行性;在此基础上研究了pH值对激光诱导击穿光谱(LIBS)技术检测结果的影响,并通过匹配标准样pH值分别建立定标曲线,反演某钢丝厂7种表调液中的Zn元素,进行了理论分析和实验验证。结果表明,Zn含量相同时,随着pH值变化,其LIBS光谱强度有显著差异;不同种类钢丝表调液pH值覆盖-0.91~8.95,针对不同pH值样品,其相关系数均达0.98以上,7种表调液LIBS技术检测与电感耦合等离子体质谱法检测结果之间平均相对误差为-13.09%;用LIBS技术结合pH值匹配建立定标曲线,可实现钢丝表调液中Zn元素快速准确测量。该研究为LIBS技术应用到钢丝生产过程中表调液关键元素的在线检测提供了方法基础。 展开更多
关键词 光谱学 快速检测 激光诱导击穿光谱 重金属 钢丝表调液
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深海沉积物中稀土元素浸出及LIBS光谱探测方法研究
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作者 韩焱 杜增丰 +5 位作者 田野 卢渊 石学法 栾振东 于淼 张鑫 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第2期469-475,共7页
深海稀土,是指深海盆地中富含稀土元素的沉积物,是继多金属结核、富钴结壳及多金属硫化物之后被发现的第四种深海金属矿产,具有巨大的资源潜力。目前,我国针对深海稀土资源的调查和探测技术研究十分薄弱,缺乏完备的能够实时探测深海沉... 深海稀土,是指深海盆地中富含稀土元素的沉积物,是继多金属结核、富钴结壳及多金属硫化物之后被发现的第四种深海金属矿产,具有巨大的资源潜力。目前,我国针对深海稀土资源的调查和探测技术研究十分薄弱,缺乏完备的能够实时探测深海沉积物中稀土元素(REY)的技术手段,无法从深海沉积物中准确探测到稀土元素。激光诱导击穿光谱(LIBS)具有原位、实时、连续、非接触等独特优势,近年逐渐应用到水下元素分析中。由此,提出了一种深海稀土探测新方法,即将深海沉积物中的稀土元素通过无机酸浸出,而后利用LIBS的水下分析能力对深海沉积物浸出液中的离子态稀土元素进行探测。深海沉积物经预处理后,进行了不同无机酸种类和浓度、固液比及时间条件的浸出实验,研究了各个条件对稀土元素浸出过程的影响。通过对比各浸出液中稀土元素的浸出率获得最佳浸出条件,即HNO3浓度1.5 mol·L^(-1)、液固比2∶1、浸出时间5 min。利用LIBS对浸出液中稀土元素(Y、La、Nd)进行分析,光谱经平均处理、波长位移差分算法(WASS)校正后,进行单变量回归(UVR)和偏最小二乘法(PLS)分析。UVR分析获得稀土元素(Y、La、Nd)最佳线性回归结果的回归系数分别为0.87、0.83、0.80,对应检测限为3.55、4.09和5.71μg·g^(-1);PLS获得了显著优于UVR的回归结果,且获得更好的回归系数,分别为0.97、0.99、0.97。分析结果表明,PLS较UVR更适合深海沉积物的定量分析,同时证明了LIBS具有深海原位稀土元素探测的潜能,证实了利用LIBS结合多变量回归分析对深海沉积物中稀土元素进行检测和评价是可行的,为实现LIBS深海稀土探测提供数据支持。 展开更多
关键词 深海沉积物 稀土元素 酸浸 激光诱导击穿光谱
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有机肥料中钙元素LIBS检测精度提升方法
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作者 万奇 徐将 +3 位作者 刘木华 魏海波 黄林 姚明印 《江西农业大学学报》 北大核心 2025年第3期755-763,共9页
【目的】钙是植物生长发育至关重要的宏量必需矿质元素,有机肥料中钙元素快速、绿色检测对提高农作物生产效益具有重要意义。传统化学检测方法依赖化学试剂消解样品,激光诱导击穿光谱(LIBS)作为全光学物质成分分析方法,探索有机肥LIBS... 【目的】钙是植物生长发育至关重要的宏量必需矿质元素,有机肥料中钙元素快速、绿色检测对提高农作物生产效益具有重要意义。传统化学检测方法依赖化学试剂消解样品,激光诱导击穿光谱(LIBS)作为全光学物质成分分析方法,探索有机肥LIBS检测方法符合现代农业绿色快速检测发展需求,但样品基体效应影响LIBS检测效果,而氯化物能有效提升LIBS分析灵敏度,拟研究氯化钠(NaCl)对有机肥料中钙元素LIBS检测精度的影响。【方法】将羊粪肥与土壤按照一定比例混合制成有机肥料样品,再分别掺入NaCl颗粒。在相同试验条件下采集LIBS光谱数据。利用Boltzmann平面法及Stark展宽法分别计算等离子体温度和电子密度,分析NaCl添加对有机肥料等离子体辐射光谱特性的影响。比较支持向量回归(SVR)、偏最小二乘回归(PLSR)和梯度提升决策树(GBDT)3种模型定量结果,研究NaCl对有机肥料中钙元素LIBS定量检测精度的影响。【结果】NaCl添加能够提高有机肥料中钙元素的光谱强度,钙元素光谱特征峰信号平均增加了20%以上。在定量分析中,掺入NaCl的有机肥料中,SVR模型的预测性能效果较好,决定系数R2从0.9005提高到0.9648,均方根误差RMSE由1.9338 g/kg降低至1.1504 g/kg。与未掺入NaCl的有机肥料相比,SVR模型的R2值增加了7.14%,RMSE降低了40.51%。【结论】有机肥料中添加NaCl能够增强钙元素LIBS信号强度。NaCl使有机肥料的等离子体温度和电子密度提升,促进电子与原子之间的碰撞频率,激发出更多高能态原子,从而辐射出更强的有效信号,致使LIBS捕捉到更多的有机肥料的特征信号,结合回归分析算法,提高了有机肥料中钙元素的预测精度和稳定性。本工作为LIBS方法在有机肥料样本的绿色快速检测提供了理论依据和技术支持。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱(LIBS) 有机肥料 NaCl增强 钙元素 回归分析 精度提升
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基于K-means-CNN的复杂牌号混合合金样品分类研究
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作者 马耀安 黄裕婷 +5 位作者 张健豪 曲东明 扈蓓蓓 刘碧野 杨光 孙慧慧 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第7期1946-1952,共7页
激光诱导击穿光谱(LIBS)技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,进而对等离子体发射光谱进行分析,从而确定样品的物质成分及含量,是一种具有制样简单,非接触测量,现场适应能力强,分析速度快的高效元素分析方法。使用LIBS技术进... 激光诱导击穿光谱(LIBS)技术通过超短脉冲激光聚焦样品表面形成等离子体,进而对等离子体发射光谱进行分析,从而确定样品的物质成分及含量,是一种具有制样简单,非接触测量,现场适应能力强,分析速度快的高效元素分析方法。使用LIBS技术进行元素分析,成分分类识别是研究的关键方向,目前LIBS技术主要应用于岩石矿产检测,环境监测,化学品识别相关领域,而对多种成分复杂牌号混合合金分类问题研究较少。常用高性能精确分类算法通常对计算资源要求高,难以搭载在要求便携性,小型化的LIBS系统中。MPL-T-1064激光器产生脉冲激光,通过前置镜组调制光路,激发Al,Fe,Cu多种牌号合金的混合样品采集数据。使用主成分分析方法(PCA)对数据进行预处理,输入K均值聚类算法(K-means),卷积神经网络(CNN)模型中进行分类。使用K-means无法对复杂牌号合金进行精细分类,但在大类区分工作中准确率达到99.97%。CNN可以对复杂牌号合金进行精细分类,准确率达99.15%,但对计算资源要求相对较高。针对上述问题,设计了一种融合算法,使用K-means算法处理混合合金光谱数据,对相同种类不同牌号的样品进行粗分类,将一次分类后的数据输入CNN模型进行精细分类,在Al,Fe,Cu十种牌号样品的混合合金光谱中分类准确率达到99.35%,在5折交叉验证中准确率达99.52%,验证了算法在分类准确的同时具有较好的泛化能力。融合算法分类准确率相比K-means算法提高了39.65%,运行速度相比CNN算法加快21.94%。为多种成分复杂牌号混合合金分类问题提供了高效,快速,准确的方法。为更加轻量化,便携化的LIBS系统发展方向提供了新的思路。 展开更多
关键词 合金分类 K-MEANS 卷积神经网络 激光诱导击穿光谱
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基于激光诱导击穿光谱结合深度学习的肺部肿瘤诊断方法研究
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作者 孙浩然 赵春园 +2 位作者 林晓梅 高勋 方健 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第10期2730-2736,共7页
肺癌作为世界范围内发病率和死亡率最高的恶性肿瘤,其诊断结果直接影响患者的治疗方案及术后复发几率,传统诊断方式往往依靠医生主观判断,且过程复杂,检测周期较长,因此急需一种能提供客观量化指标且快速检测的肺部肿瘤诊断方法。本文... 肺癌作为世界范围内发病率和死亡率最高的恶性肿瘤,其诊断结果直接影响患者的治疗方案及术后复发几率,传统诊断方式往往依靠医生主观判断,且过程复杂,检测周期较长,因此急需一种能提供客观量化指标且快速检测的肺部肿瘤诊断方法。本文的目的是首次评估激光诱导击穿光谱技术(LIBS)结合深度学习网络模型作为快速和原位诊断肺部病变组织的潜力。基于癌变组织中元素成分定量变化,通过LIBS对45名患者提供的肺部肿瘤及正常组织进行快速检测,从而获取病变及正常组织间的元素差异信息,在此基础上通过多变量分析法选取了Ca、Na、K等6种元素共12条特征谱线作为模型输入量进行分析,针对肿瘤及正常组织光谱数据存在复杂预处理和特征提取困难的问题,设计了1种以ResNet18为主干网络的深度学习光谱特征处理体系,同时设计了3种机器学习模型,结合随机森林特征提取方法,建立了二次递进式的机器学习光谱特征处理体系进行比对。结果表明,深度学习网络模型识别能力明显高于其他3种机器学习模型,其精确度、灵敏度、特异度分别达到了99.6%、100%、99.3%,分别有140组肿瘤组织,139组正常组织光谱数据识别正确,模型F-Measure、Recall以及Kappa系数分别达到了99.6%、99.7%以及99.3%,说明模型在保证识别精度的同时,对不同种类光谱数据的识别能力较为均衡,具有良好的泛化性与鲁棒性。以上研究表明,针对肿瘤及正常组织中高维且抽象的光谱特征信息,与传统化学计量方法相比,深度学习网络模型中卷积与池化区域能够更高效地挖掘非线性特征,从而将肿瘤及正常组织内部中相似信息和差异信息快速找出。通过LIBS与深度学习结合的检测方式能够在肺癌诊断场景中提供病变组织的客观量化信息,可以作为一种快速、精确和鲁棒性的肺部肿瘤诊断方法。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 肺部肿瘤快速诊断 深度学习
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空间约束中药材等离子体最佳探测时间研究
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作者 陶翰飞 赵静怡 +3 位作者 王浪 李业秋 崔建丰 岱钦 《激光杂志》 北大核心 2025年第3期91-97,共7页
利用激光诱导击穿光谱技术和空间约束方法对不同元素特征谱线的最佳探测延迟时间进行研究,建立等离子体热膨胀模型,模拟等离子体在不同空间约束深度和时间的热膨胀瞬态过程,分析了环境气压、温度和湿度的变化对结果的影响。对不同空间... 利用激光诱导击穿光谱技术和空间约束方法对不同元素特征谱线的最佳探测延迟时间进行研究,建立等离子体热膨胀模型,模拟等离子体在不同空间约束深度和时间的热膨胀瞬态过程,分析了环境气压、温度和湿度的变化对结果的影响。对不同空间约束深度的中药材玉竹样品进行激光诱导击穿光谱检测实验,以MgⅠ285.12 nm和CaⅡ396.84 nm作为特征分析谱线,分析了空间约束深度和时间的变化对谱线强度的影响,并探究了激发光源输出特性的变化对谱线强度的影响。在激光能量为30 mJ,重复频率为1 Hz,最佳空间约束深度为1.9 mm的条件下谱线强度得到明显加强,Mg元素的最佳探测时间为0.5μs,而Ca元素的最佳探测时间为1.2μs,表明不同元素在相同空间约束深度下对谱线增强效果最佳的探测时间不同。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 空间约束 时间分辨 最佳探测时间
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基于激光诱导击穿光谱技术的碱金属Na定量检测
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作者 沈思劼 李驰 +5 位作者 周王峥 王珍珍 严俊杰 侯宗余 王哲 出口祥啓 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2262-2270,共9页
低品质煤等高碱燃料在热利用过程中释放的碱金属化合物会影响热力设备的正常运行,因此,低品质煤中碱金属质量分数的快速在线检测对控制燃烧过程中碱金属释放具有重要意义。以碱金属Na元素为检测对象,采用不同比例的石墨与氯化钠粉末的... 低品质煤等高碱燃料在热利用过程中释放的碱金属化合物会影响热力设备的正常运行,因此,低品质煤中碱金属质量分数的快速在线检测对控制燃烧过程中碱金属释放具有重要意义。以碱金属Na元素为检测对象,采用不同比例的石墨与氯化钠粉末的混合样品为试验样品,研究了激光诱导击穿光谱(LIBS)技术测量样品中Na元素的影响因素。对比了2种信号强度的计算方式对信号稳定性的影响,分析了试验参数对信号强度和信噪比的影响规律,并建立了Na元素的定量计算模型。研究表明:Na元素的特征谱线Na I 588.995 nm和Na I 589.592 nm适合作为主要分析谱线,采用Na元素双线特征谱线的面积强度作为信号强度,可以有效地提高信号稳定性。当激光能量为60 mJ、延迟时间为1 000 ns时,光谱信号强度的相对标准偏差较低且信噪比高。以光谱信号强度为输入量,样品中Na元素的添加量为输出量,采用传统定标法、偏最小二乘法(PLS)及支持向量机(SVR)建立定量计算模型,并对比分析各模型的精度。结果表明:在样本数量少而输入量多的情况下,PLS模型会出现过拟合现象。SVR模型的拟合精度为0.978 3,训练集的根均方百分比误差为13.42%,测试集的根均方百分比误差为13.51%;相比传统的定标模型,在样本数量较少的情况下,SVR模型精度最高,可以更好地校正基体效应带来的影响,提高低品质煤中碱金属定量检测的精度。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 低品质煤 碱金属 定量分析 多元校正模型
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碾磨程度对LIBS鉴别稻米产地准确度的影响
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作者 谢玮萍 徐将 +3 位作者 魏海波 刘林林 姚明印 姚小英 《江西农业大学学报》 北大核心 2025年第2期478-485,共8页
【目的】稻米经碾磨加工改善感官品质,但碾磨过程会掩盖与原产地相关的信息特征,增加稻米产地辨识难度。激光诱导击穿光谱(LIBS)通过全光学方法感知稻米元素组成信息,具备稻米产地快速、绿色鉴别潜力。旨在采集不同碾磨程度的稻米样品L... 【目的】稻米经碾磨加工改善感官品质,但碾磨过程会掩盖与原产地相关的信息特征,增加稻米产地辨识难度。激光诱导击穿光谱(LIBS)通过全光学方法感知稻米元素组成信息,具备稻米产地快速、绿色鉴别潜力。旨在采集不同碾磨程度的稻米样品LIBS光谱,结合随机森林(RF)和逻辑回归(LR)机器学习算法,分析碾磨程度对LIBS鉴别稻米产地准确度的影响。【方法】收集江西省内11处产地稻米,经微、轻度、中度、重度4级碾磨,再压片处理形成LIBS分析样品。对比稻米样品LIBS光谱随碾磨程度的变化,评估采用全光谱数据以及利用极限梯度提升(XGBoost)提取特征光谱时,RF、LR模型对稻米产地的鉴别准确度。【结果】(1)随着碾磨程度的提高,稻米内部矿质元素信息发生变化,LIBS可检测到的稻米成分信息减少,从而对稻米产地鉴别准确度造成一定影响。(2)全光谱数据输入时,LR模型的平均鉴别准确率为89.97%,经XGBoost特征提取后,平均鉴别准确率提升至94.85%;RF模型的鉴别准确率从85.11%提升至94.31%,这表明XGBoost特征提取能够显著增强模型鉴别性能。(3)经光谱特征变量选择后,RF模型微、轻度、中度、重度碾磨鉴别准确率分别为97.64%、93.88%、93.15%、92.55%;LR模型分别为97.76%、94.79%、94.48%、92.36%,相较于RF模型,LR模型体现出更优的鉴别性能。【结论】LIBS方法结合机器学习算法对不同碾磨程度下稻米产地均具有鉴别能力,且碾磨程度越低,鉴别准确率越高。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱(LIBS) 稻米碾磨程度 产地鉴别 XGBoost 特征提取 机器学习
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一种基于激光光谱融合检测技术的废旧塑料分类方法
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作者 房家萱 董茜文 +3 位作者 徐梓睿 曲东明 杨光 孙慧慧 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第9期2484-2490,共7页
塑料是一种生活中常用的高分子聚合物,随着废旧塑料数量的不断增加,造成的环境污染越来越严重,废旧塑料的分类和回收已经成为一个紧迫的问题。不同种类塑料需要不同的回收方式,因此研究塑料的分类方法具有重要意义。激光诱导击穿光谱技... 塑料是一种生活中常用的高分子聚合物,随着废旧塑料数量的不断增加,造成的环境污染越来越严重,废旧塑料的分类和回收已经成为一个紧迫的问题。不同种类塑料需要不同的回收方式,因此研究塑料的分类方法具有重要意义。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种以原子发射光谱为基础的元素分析技术,具有分析快、无需样品预处理、原位分析等优势。拉曼光谱技术(RS)是一种以拉曼散射理论为基础的分子结构表征分析技术,具有多元素同时分析、样品量要求低、对样品损害小等优势。将利用LIBS技术和RS技术采集塑料的原子和分子两个角度的光谱信息,并将两个角度的光谱信息进行拼接得到融合光谱。利用LIBS光谱、RS光谱、融合光谱分别结合随机森林机器学习算法(RF)构建模型,对塑料进行分类识别,通过对三个模型分类准确率的对比,得出融合光谱可以提高分类准确率的结论。在构建模型的过程中,在相同测试集数量的情况下,训练集数量对模型构建时间以及分类准确率都有影响,针对不同的测试集与训练集比例进行准确率和模型构建时间的实验,得到测试集与训练集比例1∶3最合适的结论,并达到了96%的准确率。除了训练集的影响,光谱数据的预处理方法对塑料融合光谱的分类准确率也有影响,实验利用稀疏度基线估计去噪法处理融合光谱数据,并重新构建模型,将塑料的分类准确率提升到100%。实验结果表明,在测试集与训练集比例为1∶3时,融合光谱数据对比单一光谱数据在分类准确率上有明显的优势,且经过预处理的融合光谱数据分类准确率可以提高到100%。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 拉曼光谱 融合光谱 随机森林 光谱预处理
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超疏水阵列辅助电火花增强激光诱导击穿光谱测定液相样品中的稀土元素
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作者 沈新建 罗兹循 +3 位作者 吴建 李斌 刘燕德 陈楠 《中国光学(中英文)》 北大核心 2025年第2期307-316,共10页
快速测定液相样品中的稀土元素(REEs)对离子吸附型稀土资源勘探与开发、萃取过程质量控制、稀土资源循环利用以及核工业废水监测等领域具有重要意义。为了降低激光诱导击穿光谱(LIBS)对液体样品中REEs的检出限,本研究采用超疏水阵列辅... 快速测定液相样品中的稀土元素(REEs)对离子吸附型稀土资源勘探与开发、萃取过程质量控制、稀土资源循环利用以及核工业废水监测等领域具有重要意义。为了降低激光诱导击穿光谱(LIBS)对液体样品中REEs的检出限,本研究采用超疏水阵列辅助电火花增强激光诱导击穿光谱法(SHA-SD-LIBS)测定液相样品中的REEs。选择最佳的实验条件,以La Ⅱ 394.91 nm、Er 402.051 nm、Ce Ⅱ 418.66 nm、Nd Ⅱ 424.738 nm、Gd Ⅱ 443.063 nm和Pr 492.46 nm作为特征谱线,对6种不同浓度的稀土元素(La、Er、Ce、Nd、Gd、Pr)溶液建立标定曲线进行定量分析。结果表明,各标定曲线拟合系数R2均达到0.99以上,相应的检出限分别为0.007μg/mL、0.045μg/mL、0.011μg/mL、0.019μg/mL、0.041μg/mL和0.008μg/mL。与常规LIBS方法相比,提出的方法可以在制样简单、低成本的前提下显著降低液相样品REEs的检出限。本文研究为快速、准确测出液相样品中的稀土元素种类、含量提供了新思路。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱(LIBS) 稀土元素(REEs) 电火花 超疏水 液相样品
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双模态光谱技术对种田土壤金属元素和有机质检测分析
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作者 王嘉滢 朱雨婷 +5 位作者 白浩 陈柯铭 赵艳茹 吴婷婷 马国明 余克强 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第8期2317-2325,共9页
精准评估土壤质量是保障育种质量先决条件之一,对评估种子品质和精准施肥具有指导意义。土壤成分含量是土壤质量评估的重要指标,光谱技术已经被证实可以快速、绿色地进行土壤成分检测。然而单一模态光谱技术难以满足种田多种土壤成分含... 精准评估土壤质量是保障育种质量先决条件之一,对评估种子品质和精准施肥具有指导意义。土壤成分含量是土壤质量评估的重要指标,光谱技术已经被证实可以快速、绿色地进行土壤成分检测。然而单一模态光谱技术难以满足种田多种土壤成分含量检测的需求。故运用原子激光诱导击穿光谱(LIBS)和分子可见-近红外光谱(VIS-NIR)技术结合化学计量学方法,对宁夏润丰种业育种玉米田采集的288份土壤样本进行分析,建立金属元素和土壤有机质(SOM)含量的预测模型,并实现金属元素和SOM含量空间可视化分布。首先,利用共线双脉冲LIBS系统采集土壤样本的LIBS数据,利用air-PLS对光谱数据进行基线矫正以减少试验误差。选择的金属元素特征谱线查找于美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)的标准原子光谱数据库。基于国家标准土样的LIBS光谱与其金属元素含量真实值,建立4种金属元素(Na、K、Mg、Mn)的偏最小二乘回归模型(PLSR),其中Mn含量的预测效果最好,R_(p)^(2)达到0.813,RMSEP为0.155 g·kg^(-1)。另一方面,采集可见-近红外光谱数据后,利用SG卷积平滑(SGCS)、一阶导数变换、多元散射矫正(MSC)对光谱数据进行预处理,并分别建立SOM含量的PLSR预测模型对三种预处理方法进行评价,经MSC预处理后所建立的PLSR模型效果最好;随后利用蒙特卡洛交叉验证法(MCCV)剔除SOM含量异常样本。利用竞争自适应重加权采样法(CARS)和连续投影算法(SPA)选择特征波长,分别建立SOM含量的PLSR预测模型对两种算法进行评价;得出利用CARS算法选择的特征波长建立的预测模型性能有所提高。用CARS算法选择的特征波长与SOM含量真实值,分别建立PLSR和反向传播人工神经网络(BPNN)预测模型,其中PLSR模型的效果最好,R_(p)^(2)达到0.864,RMSEP为0.612 g·kg^(-1),RPD_(v)为2.733。最后,利用国家标准土样所建立的PLSR模型预测玉米种田四种金属元素含量,建立PLSR模型预测值和BPNN模型预测值的空间分布图。研究结果表明,LIBS技术和可见-近红外光谱定量分析技术可以对种田土壤金属元素和SOM含量检测,为土壤成分含量的检测和空间可视化分布提供了参考价值并对土壤科学合理地施肥具有指导意义。 展开更多
关键词 土壤有机质 金属元素 激光诱导击穿光谱 可见-近红外光谱 化学计量学方法
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基于电化学沉积-激光诱导击穿光谱技术的土壤中Hg^(2+)检测研究
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作者 段宏伟 赵斯杰 +3 位作者 郭梅 牛其建 黄晶 刘飞 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期980-985,共6页
农田土壤中Hg^(2+)精准评估对于建设高标准农田和保护粮食安全具有重要意义。针对污染土壤中汞离子浓度低、共存干扰未知的问题,提出一种基于电化学联用激光诱导击穿光谱技术(EC-LIBS)的土壤中Hg^(2+)检测方法。试验首先采用循环伏安法... 农田土壤中Hg^(2+)精准评估对于建设高标准农田和保护粮食安全具有重要意义。针对污染土壤中汞离子浓度低、共存干扰未知的问题,提出一种基于电化学联用激光诱导击穿光谱技术(EC-LIBS)的土壤中Hg^(2+)检测方法。试验首先采用循环伏安法进行Hg^(2+)电沉积,与沉积前金电极基底相比较,得出沉积后金电极基底在HgⅠ435.835 nm存在明显发射信号,并且沉积后纳米金颗粒表面亮度提升、黄度下降,结果表明电化学沉积可以通过在金电极表面形成金汞齐完成汞离子液固转换。其次探究了溶剂pH和沉积电压对沉积效果的影响,得出最优的沉积参数为pH 7.0,电压为-400 mV。最终获取样品LIBS谱线并进行惠特克基线校正和PLS模型构建,得出当Lambda=1.0,p=0.01时,基线校正效果明显,所构建PLS模型预测集RMSEP和MRAEP分别为5.24 mg·kg^(-1)和4.86%,表明EC-LIBS技术结合该标准模型可以用于土壤中Hg^(2+)精准检测。 展开更多
关键词 Hg^(2+) 电化学沉积 激光诱导击穿光谱 金汞齐 PLS模型
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LIBS结合鲸鱼优化算法对石油焦中微量元素的快速定量分析研究
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作者 张梦璠 李茂刚 +3 位作者 刘一江 闫春华 张天龙 李华 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第10期2796-2803,共8页
石油焦是通过原油中重质碳氢化合物的高温裂解反应形成的碳质固体产物,因其高碳含量(80%~95%)、高热值及优异的导电性能,被广泛应用于电解铝阳极材料、冶金燃料、石墨电极及锂离子电池负极材料等领域,在工业生产中具有重要的应用价值。... 石油焦是通过原油中重质碳氢化合物的高温裂解反应形成的碳质固体产物,因其高碳含量(80%~95%)、高热值及优异的导电性能,被广泛应用于电解铝阳极材料、冶金燃料、石墨电极及锂离子电池负极材料等领域,在工业生产中具有重要的应用价值。石油焦中,Fe和Cu等过渡金属元素不仅会降低石油焦的导电性能与热稳定性,还可能引发电极材料副反应,导致电池容量衰减。本文提出了一种基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术结合鲸鱼优化算法的混合建模方法,用于石油焦中Fe和Cu元素的快速定量分析。通过集成LIBS的高通量、无损检测优势,鲸鱼优化算法(WOA)的智能特征选择能力,以及偏最小二乘(PLS)回归的高维数据处理特性,构建了高效的分析模型。首先,通过采集19组石油焦样本的LIBS光谱数据,系统考察光谱数据的预处理策略,包括归一化(normalization,Nor)、多元散射校正(multiple scattering correction,MSC)、标准正态变换(standard normal variate,SNV)、一阶导数(first derivative,D1st)、二阶导数(second derivative,D2nd)及小波变换(wavelet transform,WT)的组合优化,筛选对Fe、Cu元素定量分析最有效的预处理组合。通过实验验证,SNV-2nd-WT组合预处理显著提升了模型预测能力(Fe元素的交叉验证决定系数R_(CV)^(2)=0.9464,均方根误差RMSE_(CV)=12.95 mg·kg^(-1);Cu元素的R_(CV)^(2)=0.9146,RMSE_(CV)=8.84 mg·kg^(-1))。进一步结合WOA算法优化特征选择与模型参数(鲸鱼数量、迭代次数、阈值),参数优化后,Fe元素和Cu元素的特征波长分别从5784个降至88个和23个,最终模型的预测精度进一步改善:Fe元素预测集R_(P)^(2)=0.9470,RMSE_(P)=7.35 mg·kg^(-1);Cu元素R_(P)^(2)=0.9538,RMSE_(P)=6.31 mg·kg^(-1)。该方法提供了一种高效的解决方案,能够快速检测石油焦中存在的微量金属。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 化学计量学 鲸鱼优化算法 石油焦 微量元素
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结合主导因素和多层感知机提高LIBS定量化性能
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作者 崔佳诚 宋惟然 +3 位作者 姚蔚利 姬建训 侯宗余 王哲 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第4期1022-1027,共6页
激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速崛起的原子光谱分析技术,在煤质分析等领域有广阔的应用前景。近年来,各种机器学习方法已经被用于提高LIBS煤质分析的定量分析能力,并取得了不错的效果。然而这些方法忽视了LIBS的物理机制,因而模型的... 激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种快速崛起的原子光谱分析技术,在煤质分析等领域有广阔的应用前景。近年来,各种机器学习方法已经被用于提高LIBS煤质分析的定量分析能力,并取得了不错的效果。然而这些方法忽视了LIBS的物理机制,因而模型的鲁棒性、适用范围和可解释性受限。为了提高LIBS定量的准确度和可靠性,提出了一种基于主导因素方法(DF)结合多层感知机(MLP)人工神经网络的回归方法,称为DF-MLP。其中,主导因素模型是利用光谱领域知识提取特征变量、并基于物理规律建立的线性回归模型;MLP则是在此基础上,用机器学习方法修正主导因素模型的残差。DF-MLP首次将主导因素方法与多层感知机神经网络结合起来,可以在不降低模型复杂度的前提下充分利用光谱领域知识,提高模型的可解释性,从而改善鲁棒性和适用范围。实验中将DF-MLP与常规MLP、主导因素偏最小二乘(DF-PLSR)、主导因素支持向量机(DF-SVR)对比,在煤质分析的固定碳含量、灰分、挥发分三个任务上均取得了最优结果。均方根误差(RMSEP)相比于常规MLP分别降低了13.21%、14.54%和21.77%,比DF-SVR分别降低了14.75%,23.13%和5.99%。实验结果表明,将领域知识与神经网络方法结合是提高LIBS定量化性能的可行方式。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 主导因素 人工神经网络 煤炭 定量分析
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