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基于萨哈-玻尔兹曼图与自吸收校正的单点修正激光诱导击穿光谱
1
作者 胡桢麟 王天泽 +1 位作者 郭连波 林楠 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期455-462,共8页
为进一步提高单点修正激光诱导击穿光谱(OPC-LIBS)的定量分析精度,提出了基于萨哈-玻尔兹曼图与自吸收校正的OPC-LIBS方法,利用该方法对两个钛合金样品中的Ti、V和Al元素进行了定量分析,并将其定量结果与基于玻尔兹曼图的OPC-LIBS、基... 为进一步提高单点修正激光诱导击穿光谱(OPC-LIBS)的定量分析精度,提出了基于萨哈-玻尔兹曼图与自吸收校正的OPC-LIBS方法,利用该方法对两个钛合金样品中的Ti、V和Al元素进行了定量分析,并将其定量结果与基于玻尔兹曼图的OPC-LIBS、基于萨哈-玻尔兹曼图的OPC-LIBS以及基于玻尔兹曼图和自吸收校正的OPC-LIBS的结果进行了对比分析。研究结果表明,所提出的改进方法在4种方法中可获得最小的定量误差,测量两个钛合金样品中3种元素的平均相对误差(MREs)分别为4.11%和3.99%,证明所提出的改进方法可有效提高OPC-LIBS的定量分析精度。 展开更多
关键词 光谱学 单点修正激光诱导击穿光谱 萨哈-玻尔兹曼图 自吸收校正 等离子体温度
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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
2
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
3
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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激光诱导击穿光谱技术在文化遗产领域的应用 被引量：1
4
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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基于激光诱导击穿光谱技术的碱金属Na定量检测
5
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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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
6
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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激光诱导击穿光谱结合机器学习的煤质多指标同步快速检测
7
作者 熊凯 邹祥波 +7 位作者 陈创庭 杨先茂 陈公达 张爽 卢伟业 陈小玄 卢志民 姚顺春 《热力发电》 北大核心 2025年第4期129-139,共11页
煤质快速全面检测对锅炉燃烧优化和燃煤电厂数智化转型具有重要意义,激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)在煤质快速检测中具有巨大应用潜力。为满足煤炭现场快速检测的应用目标,利用煤粉颗粒流式LIBS检测实... 煤质快速全面检测对锅炉燃烧优化和燃煤电厂数智化转型具有重要意义,激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)在煤质快速检测中具有巨大应用潜力。为满足煤炭现场快速检测的应用目标,利用煤粉颗粒流式LIBS检测实验装置采集了不同电厂的46组煤样光谱数据,系统开展了LIBS与机器学习相结合的煤质多指标同步快速检测研究。针对颗粒流状态下光谱波动较大的特点,对单脉冲光谱采集个数进行了优化,并建立无效光谱筛选、光谱平均、光谱归一化数据预处理方法,进一步对比了PLSR、SVR、PSO-SVR和LSTM 4种机器学习算法以及全光谱、特征波段、强度积分和PCA提取4种光谱特征输入对模型预测煤质多指标性能的影响。结果表明:单次检测累计采集200个单脉冲光谱进行光谱平均,光谱信号不确定性可控制在5%以内;煤质多指标定量分析中PSO-SVR算法的预测性能最佳,利用PCA算法对光谱数据进行降维,在减少模型计算量的同时提高了模型预测性能,两者结合所建立的模型对煤发热量预测均方根误差为0.289 MJ/kg,平均绝对误差为0.231 MJ/kg;对煤碳质量分数、灰分和挥发分预测结果同样较理想,均方根误差分别为0.987%、1.310%和1.612%,平均绝对误差分别为0.839%、1.014%,1.033%。研究结果表明结合合适的机器学习算法,LIBS技术可以实现煤质多指标同步精准快速检测,在煤炭高效清洁利用场景中具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 煤质 激光诱导击穿光谱 机器学习 高效清洁 颗粒流
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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
8
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(LIBS)结合随机森林算法(RF)快速定量含油污泥中重金属元素
9
作者 李茂刚 周奎 +5 位作者 杏艳 蔡琪 闫春华 张天龙 杜瑶 李华 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第6期767-775,共9页
含油污泥中重金属元素的定量分析对石油石化工业区土壤环境污染情况的评估起着重要作用。首先,使用LIBS光谱仪采集30个含油污泥样品在200~500 nm波段的LIBS光谱,基于原始激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)... 含油污泥中重金属元素的定量分析对石油石化工业区土壤环境污染情况的评估起着重要作用。首先,使用LIBS光谱仪采集30个含油污泥样品在200~500 nm波段的LIBS光谱,基于原始激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)构建用于含油污泥中Cu、Cr和Pb三种重金属元素定量分析的初始随机森林(Random forest,RF)校正模型。然后,探究4种预处理方法,包括归一化(Normalization,Nor)、多元散射校正(Multivariate scattering correction,MSC)、一阶导数(First derivative,D1st)和二阶导数(Second derivative,D2nd)对基于原始LIBS光谱直接建立RF模型预测性能的影响。以经过预处理后的LIBS光谱数据作为初始输入变量构建基于变量重要性(Variable importance measures,VIM)的RF校正模型,并采用袋外误差估计对变量重要性阈值进行了优化。最后,基于优化后阈值和变量数目构建了最优化的RF校正模型。结果表明,优化后的模型对预测集Cu、Cr和Pb三种元素的最优决定系数(Coefficient of determination,R2)分别为0.9801、0.9713和0.9736,最优均方根误差(Root mean square error,RMSE)分别为0.0235、0.0283和0.0252 mg/kg。研究方法可为石油石化工业区含油污泥重金属环境风险监测提供一定的理论与技术参考。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 随机森林 含油污泥 重金属 定量分析
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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
10
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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基于激光诱导击穿光谱的类火星岩石化学成分反演研究
11
作者 刘长卿 凌宗成 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第3期717-725,共9页
激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种元素发射光谱,可快速获取样品的化学成分信息。天问一号是我国首次火星探测任务,祝融号火星车搭载的火星表面成分探测仪载荷(MarSCoDe),采用LIBS光谱技术获取火星表面化学成分信息。然而,火星表面大气环境... 激光诱导击穿光谱(LIBS)是一种元素发射光谱,可快速获取样品的化学成分信息。天问一号是我国首次火星探测任务,祝融号火星车搭载的火星表面成分探测仪载荷(MarSCoDe),采用LIBS光谱技术获取火星表面化学成分信息。然而,火星表面大气环境变化复杂,岩石和矿物种类多样,将影响LIBS等离子体的形成和演化过程,进而影响基于MarSCoDe-LIBS光谱数据反演物质成分的准确性和可靠性。针对MarSCoDe-LIBS实测数据的反演需求,该研究采用自主构建的LIBS光谱数据库探索不同算法对LIBS光谱数据反演的性能,为构建适用于MarSCoDe的模型提供支撑。选用351种类火星地质标样,在模拟火星环境下构建LIBS光谱数据库,基于数据库和标样的化学成分信息,采用机器学习、集成学习和深度学习等9种不同的算法,构建了SiO_(2)、TiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)T、MgO、CaO、Na_(2)O、K_(2)O等主量元素反演模型。建模采用交叉验证的方式进行模型调参,并基于测试集误差评估模型性能。研究发现,除普通最小二乘法外,其他8种模型训练集和测试集的RMSE接近,说明没有明显的过拟合现象;在所有模型中,多层感知机回归和梯度提升回归模型对主量元素反演可取得最优性能,模型RMSEP与ChemCam、SuperCam等国际LIBS数据库公布的反演模型误差相当,证明本研究构建的模型效果较好,可基于未知样品的LIBS光谱准确反演其化学成分信息。该研究对不同模型的调参过程及反演结果评价,为构建适用于天问一号MarSCoDe-LIBS实测数据解译的模型提供了重要的算法参考。 展开更多
关键词 火星 激光诱导击穿光谱 机器学习 集成学习 深度学习 化学成分
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激光诱导击穿光谱结合PCA-BP算法的荧光粉检测与识别
12
作者 沈令斌 田丽萍 +1 位作者 田东鹏 刘玉柱 《激光技术》 北大核心 2025年第3期469-474,共6页
为了提高电子废弃物的分类回收利用效率,基于激光诱导击穿光谱技术和主成分分析(PCA)算法与反向传播(BP)算法,建立了一种电子荧光粉检测与识别系统来验证该系统的可靠性。以3种不同型号的荧光粉(CRT-B,P43和P47)为例,采用该系统获取荧... 为了提高电子废弃物的分类回收利用效率,基于激光诱导击穿光谱技术和主成分分析(PCA)算法与反向传播(BP)算法,建立了一种电子荧光粉检测与识别系统来验证该系统的可靠性。以3种不同型号的荧光粉(CRT-B,P43和P47)为例,采用该系统获取荧光粉样品在200 nm~890 nm范围内的激光诱导击穿光谱数据,完成了对光谱谱线校正和元素标定。结果表明,荧光粉CRT-B富含元素Zn、Al,P43富含元素Gd,P47富含元素Y、Si,P47中还检测到微量元素Ce;利用PCA算法分析光谱数据,前3个主成分的贡献率高达99.769%,3种荧光粉在空间中可以被清晰地分开;建立的PCA-BP神经网络模型对CRT-B、P43及P47荧光粉的识别率分别为99.8%、100%和100%。该研究结果对工业生产生活中电子废弃物的快速检测和回收利用是有帮助的。 展开更多
关键词 激光技术 荧光粉检测 高精度识别 激光诱导击穿光谱 主成分分析算法 反向传播算法
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基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的碳核查关键排放因子快速测量方法研究
13
作者 王宇萌 李承峻 +4 位作者 付云刚 马维喆 卓俊玲 杨淇 姚顺春 《中国环境监测》 北大核心 2025年第1期20-26,共7页
关键排放因子快速测量对确保碳排放核查的准确性和时效性具有重要意义,其中煤炭的单位热值含碳量是影响火电厂碳排放总量核算的关键因子之一。单位热值含碳量是由煤质指标中的含碳量和发热量计算得到,而传统煤质指标检测方法难以满足实... 关键排放因子快速测量对确保碳排放核查的准确性和时效性具有重要意义,其中煤炭的单位热值含碳量是影响火电厂碳排放总量核算的关键因子之一。单位热值含碳量是由煤质指标中的含碳量和发热量计算得到,而传统煤质指标检测方法难以满足实时获取单位热值含碳量的需求。因此,基于激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)技术,提出一种快速同步检测分析煤炭发热量、含碳量和单位热值含碳量的方法。以0.2 mm煤粉颗粒流为实验对象,采集煤样的光谱信号,通过数据预处理手段,结合偏最小二乘法(Partial Least Square,PLS)模型,对发热量、含碳量、单位热值含碳量进行定量分析。结果显示,模型对煤炭发热量、含碳量和单位热值含碳量的预测集的均方根误差分别为0.442 MJ/kg、1.458%、0.000466 tC/GJ,平均绝对误差分别为0.287 MJ/kg、1.024%、0.000319 tC/GJ,平均相对误差分别为1.266%、1.685%、1.215%。研究结果证明了该方法的测量精度满足工业现场实测需求,验证了采用LIBS技术快速测量煤炭单位热值含碳量的可行性,为进一步实现火电行业碳排放量快速、准确监测开辟了新道路。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 碳核查 单位热值含碳量 定量分析 快速检测
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激光诱导击穿光谱(LIBS)测定混凝土中氯元素的实验参数优化
14
作者 谭金宝 何亚雄 +4 位作者 钱自然 温起帆 赵栋烨 邱世广 柯川 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第9期1463-1471,共9页
混凝土在服役过程中易受到雨水、土壤及海水中氯离子的侵蚀,准确检测混凝土中的氯离子含量对建筑结构的防护具有重要意义。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术因其快速分析、微损检测、实时分析和原位分析等优势,非常适合用于材料腐蚀领域的研... 混凝土在服役过程中易受到雨水、土壤及海水中氯离子的侵蚀,准确检测混凝土中的氯离子含量对建筑结构的防护具有重要意义。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术因其快速分析、微损检测、实时分析和原位分析等优势,非常适合用于材料腐蚀领域的研究,但对于卤素元素的检测能力偏弱。采用LIBS技术中的分子发射检测方法,制备符合海滨环境混凝土建筑配比的混凝土试块样品,以CaCl分子发射谱线为检测对象,研究不同实验参数对CaCl分子谱线信号的影响,并确定混凝土中氯元素分析的最佳实验条件。通过研究不同聚焦位置、采集延迟时间、激光能量对光谱信号的影响,结果表明:使用100 mm聚焦透镜时,最佳采集位置为聚焦点前0.6 mm;光谱仪最佳采集时间为激光触发后1μs;最佳激光能量为142 mJ。在等离子体光谱信号采集方式的研究中,发现信号稳定性随着采集频率的提高而显著增强。通过研究,确定了基于LIBS技术检测混凝土中氯元素的优化实验参数,为后续相关实验提供了实验依据和数据支撑。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 混凝土 氯离子腐蚀 CaCl分子信号 实验参数
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激光诱导击穿光谱技术结合Stacking集成算法模型快速预测废钢中9种元素的含量
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作者 刘艳丽 安治国 +3 位作者 刘洁 石玉龙 黄晓红 宋超 《理化检验(化学分册)》 北大核心 2025年第4期412-418,共7页
基于激光诱导击穿光谱技术,结合Stacking集成算法模型,建立了废钢中铬、镍、铜、硅、锰、钒、碳、钛、铝等9种元素的定量分析模型。采用便携激光诱导击穿光谱仪对12个合金钢标准样品进行采集,对光谱数据进行剔除误差、平均、基线校正后... 基于激光诱导击穿光谱技术,结合Stacking集成算法模型,建立了废钢中铬、镍、铜、硅、锰、钒、碳、钛、铝等9种元素的定量分析模型。采用便携激光诱导击穿光谱仪对12个合金钢标准样品进行采集,对光谱数据进行剔除误差、平均、基线校正后,基于美国国家标准与技术研究院谱线数据库筛选出各元素和基体元素(铁元素)的谱线,利用相关性程度对各元素谱线和归一化线进行最优化匹配,得到各元素的最优归一化谱线对。以最优谱线对归一化后的谱线数据作为各元素模型的输入,将Lasso、岭回归和二次线性回归模型的输出合并,作为次学习器的输入,将元素认定值作为次学习器的输出,次学习器选用线性回归模型进行训练建模,最终得到各元素的Stacking集成算法模型。结果显示:9种元素模型的相关决定系数为0.985 6~0.999 7,均方根误差为0.008 1~0.046 8,平均绝对误差为0.006 0~0.034 5;元素测定值的相对标准偏差(n=5)均小于7.0%;模型用于预测合金钢标准样品,测定值与认定值相对误差的绝对值小于10%。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 Stacking集成算法 定量分析模型 废钢 元素
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基于广义线性模型的激光诱导击穿光谱铜含量检测
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作者 何静 刘泉澄 +1 位作者 熊中刚 陈林宇 《红外与激光工程》 北大核心 2025年第2期48-57,共10页
在众多激光诱导击穿光谱(Laser-induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)分析方法中,主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)是对原始光谱进行线性特征变换来降低光谱冗... 在众多激光诱导击穿光谱(Laser-induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)分析方法中,主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)和偏最小二乘回归(Partial Least Squares Regression,PLSR)是对原始光谱进行线性特征变换来降低光谱冗余信息,但是上述两种方法无法确定哪些谱线属于冗余谱线,导致模型的物理解释性也较差。为深入了解原始谱线在降维-定量模型中的物理意义,采用Lasso、Ridge和Elastic Net等3种广义线性模型(Generalized Linear Models,GLM)对天然铜矿/精矿中的铜含量进行检测。首先对9种铜矿/精矿样本的光谱特性进行了简要分析,然后选定了11条原子谱线和18条离子谱线用于预测建模,最后详细分析了Elastic Net模型中参数α对模型性能和有效分析谱线数量的影响。定量结果表明,Lasso、Ridge和Elastic Net的测试集均方误差(Mean Square Error,MSE)分别为1.706、1.180和1.231,相对于PLSR而言,上述3种方法的MSE分别降低了7.4%、33.2%和36.0%。在分析谱线数量方面,Ridge和Elastic Net模型中29条分析谱线均为有效分析谱线,而Lasso中仅有21条有效分析谱线。显著性分析结果表明,Ridge和Elastic Net的整体性能优于传统的PLSR,而Lasso的模型性能与PLSR相当。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 定量分析 广义线性模型 弹性网络 套索回归 岭回归
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激光诱导击穿光谱(LIBS)技术融合机器学习快速鉴别土壤重金属污染等级
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作者 彭莎 何亚雄 +3 位作者 温起帆 赵栋烨 李博轩 柯川 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第9期1295-1303,共9页
鉴于重金属于土壤中长期累积会致使土壤污染加剧、质量衰退,进而衍生出诸多棘手的环境问题,对土壤重金属含量进行持续且精准监测至关重要。通过整合激光诱导击穿光谱(LIBS)技术与智能算法,致力于实现土壤中重金属污染等级的快速精准辨... 鉴于重金属于土壤中长期累积会致使土壤污染加剧、质量衰退,进而衍生出诸多棘手的环境问题,对土壤重金属含量进行持续且精准监测至关重要。通过整合激光诱导击穿光谱(LIBS)技术与智能算法,致力于实现土壤中重金属污染等级的快速精准辨识。首先,运用中值绝对偏差(MAD)法剔除异常光谱,并对光谱数据执行归一化操作,以有效抑制激光能量波动以及环境噪声所引入的干扰,保障数据的可靠性与稳定性。继而引入支持向量机(SVM)、K近邻算法(KNN)、随机森林(RF)与决策树(DT)的智能算法,针对预处理后的光谱数据实施分类识别,为化解因参数择取失当引发的过拟合或欠拟合风险,采用随机搜索策略对各模型予以优化。经综合比对,SVM模型呈现出最优的分类精度,Cr和Cu污染土壤等级识别的准确率分别为99.417%、99.250%。实验表明,SVM和LIBS相结合可以快速判断土壤中重金属污染等级,同时也为环境检测与治理提供了一个新的技术方向。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 机器学习 中值绝对偏差法 土壤重金属污染
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基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的Nb_(3)Sn成相过程中Ta对Sn扩散的影响研究
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作者 李暾 何亚雄 +3 位作者 汪金凤 温起帆 赵栋烨 张红 《中国无机分析化学》 北大核心 2025年第9期1418-1426,共9页
Nb_(3)Sn超导体成相过程中的锡(Sn)扩散不完全问题显著影响其超导性能,因而限制了其应用领域。激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)作为一种快速、微损的检测技术,具有多元素同步分析、响应迅速等优点。采用L... Nb_(3)Sn超导体成相过程中的锡(Sn)扩散不完全问题显著影响其超导性能,因而限制了其应用领域。激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)作为一种快速、微损的检测技术,具有多元素同步分析、响应迅速等优点。采用LIBS技术研究掺杂0~7 at%Ta对Sn扩散法制备Nb_(3)Sn过程中Sn扩散行为的影响,并直观地观察到Ta的掺杂对Sn扩散行为的影响。通过微观形貌结构以及超导电性的观察,考察了Ta的掺杂对Sn扩散法制备Nb_(3)Sn样品的影响机理。一定量的Ta掺杂有利于样品中晶粒的减小,因而提供了更多的晶界。晶界是Sn扩散的主要通道,从而促进了Sn在样品中的扩散,同时促进了Nb_(3)Sn合成反应,Nb_(3)Sn合成又进一步促进Sn扩散。因此,在掺杂5 at%Ta时样品获得了最小晶粒且均匀分布,而且根据LIBS数据判断此时可获得最大的Sn扩散深度值。因此5 at%Ta样品具有最佳的超导电性。由此可知,一定量的Ta掺杂有利于解决Nb_(3)Sn样品制备中Sn扩散不完全的问题。另一方面,印证了LIBS技术可以直观有效地提供Sn扩散行为的判据,支持了LIBS技术的应用潜力。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 Nb_(3)Sn块材 Sn扩散 超导转变温度
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激光诱导击穿光谱技术对钕铁硼永磁材料中多元素的定量表征 被引量：2
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作者 刘佳 郭飞飞 +5 位作者 于雷 崔飞鹏 赵迎 韩冰 沈学静 王海舟 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期141-147,共7页
“磁王”钕铁硼是现今性能最为优异的永磁体,因其优异的磁性能被广泛应用于工业互联网、新能源、 5G通讯等诸多高新科技领域。目前研究钕铁硼材料中元素成分的主要分析方法有电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和X射线荧光光谱(XRF),其... “磁王”钕铁硼是现今性能最为优异的永磁体,因其优异的磁性能被广泛应用于工业互联网、新能源、 5G通讯等诸多高新科技领域。目前研究钕铁硼材料中元素成分的主要分析方法有电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)和X射线荧光光谱(XRF),其中ICP-OES是湿法分析,样品前处理复杂,测试周期长,而XRF法可实现直接分析,但受制于其轻元素的检测能力很难满足对钕铁硼材料中主要轻元素B的分析需求。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术具有分析效率高,样品前处理简单,多元素直接分析,适用于现场分析、在线分析等技术优点,使其在快速定量表征方面展现出其独有的优势。运用LIBS分析技术开展对钕铁硼材料中多元素定量表征的直接、快速分析的方法研究,首先针对钕铁硼材料中定量表征的九个元素Nd、 Co、 B、 Dy、 Tb、 Pr、 Cu、 Al、 Ga完成特征谱线的筛选,通过对系统激光器电压、激光剥蚀方式等因素在不同条件下对钕铁硼材料光谱信号稳定性的影响分析,优化并确立了分析条件,最终选用720V的激光器电压,15个预剥蚀脉冲15个剥蚀脉冲的激光剥蚀方式为钕铁硼样品的分析条件;其次,选取8个通过ICP-OES法定值的烧结钕铁硼样品,样品具有元素成分的梯度差异化特征,作为建立分析方法的标准样品,采用标准曲线法通过相对强度与浓度的关联方式,建立钕铁硼样品中Nd、 Co、 B、 Dy、 Tb、 Pr、 Cu、 Al、 Ga九个元素的定量分析校准曲线;最后选取两个烧结钕铁硼试样,运用建立的定量分析方法完成九个元素的定量表征,分析时间小于30 s,其定量结果与ICP-OES法测定结果的比对,具有较好的一致性。运用激光诱导击穿光谱分析技术实现了对钕铁硼材料中多元素成分的直接、同时、快速定量表征,为钕铁硼材料的快速定量表征提供了新的技术思路和表征方法。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 钕铁硼 定量表征
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便携式激光诱导击穿光谱仪测定土壤中重金属 被引量：6
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作者 马明俊 方丽 +3 位作者 赵南京 韩守炉 陈富强 时晨 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期145-152,共8页
土壤重金属污染对农作物生长和人体健康都有严重危害,现场快速检测对土壤重金属污染调查、应急监测具有重要意义。采用自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场快速检测仪对矿区周边土壤进行现场检测分析,以835个不同基质土壤的光谱... 土壤重金属污染对农作物生长和人体健康都有严重危害,现场快速检测对土壤重金属污染调查、应急监测具有重要意义。采用自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场快速检测仪对矿区周边土壤进行现场检测分析,以835个不同基质土壤的光谱数据建立定标数据库,通过支持向量机建立回归模型对土壤重金属元素含量进行定量反演。现场检测获取的全波段光谱波动在15%以内,Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等6种元素光谱强度相对标准偏差平均值为6.31%。将检测结果与实验室电感耦合等离子体质谱法分析对比,6种元素的皮尔逊相关系数r在0.8501~0.9829,检测结果80%以上处于±30%相对误差区间分布。对比结果表明自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场检测仪可以满足现场快速检测需求。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 便携式 土壤重金属 现场检测
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