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共轴双脉冲激光诱导击穿光谱等离子体辐射信号的增强机制 被引量:3
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作者 赵芸怡 宋震 +5 位作者 王俊霄 张雷 马维光 董磊 尹王保 贾锁堂 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第13期2029-2039,共11页
双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)在痕量元素的高灵敏探测中发挥着重要作用,有关其信号增强机制已存在有诸多解释,但有必要进一步从等离子体辐射荧光特性、等离子体温度和数密度的空间分布等方面开展深入探讨。构建了基于激光热烧蚀和... 双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)在痕量元素的高灵敏探测中发挥着重要作用,有关其信号增强机制已存在有诸多解释,但有必要进一步从等离子体辐射荧光特性、等离子体温度和数密度的空间分布等方面开展深入探讨。构建了基于激光热烧蚀和二维轴对称流体动力学的理论模型,并用它模拟了单脉冲LIBS和共轴双脉冲DP-LIBS激发条件下激光烧蚀铝镁合金产生等离子体及其辐照度的时空演化过程,对比了不同脉冲间隔下谱线强度的增强效果,分析了等离子体温度、各类粒子数密度的空间分布结构以及等离子体的屏蔽效应,并由此阐释了DP-LIBS的光谱信号增强机制。结果表明,共轴DP-LIBS诱导等离子体辐射信号的增强主要源于第二束激光增加了粒子数密度和等离子体温度,而等离子体的屏蔽效应主要出现在靶材表面的羽流层。这一研究为DP-LIBS实验研究和信号增强溯源提供了重要的理论基础,也能够帮助科研人员快速准确地优化DP-LIBS实验装置参数。 展开更多
关键词 激光诱导等离子体 辐射流体动力学模型 双脉冲激光诱导击穿光谱 激光烧蚀 信号增强机制
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飞秒-纳秒双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对合金的定量分析 被引量:6
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作者 何亚雄 王一钦 +8 位作者 韩晶阳 许淼 陈楠 谭金宝 温起帆 柯川 高亮 才来中 赵栋烨 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期214-222,共9页
激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术几乎不受聚变环境中的强磁场影响,是一种最有希望实现托卡马克装置中面向等离子体材料(Plasma facing materials,PFMs)原位在线诊断的技术,已被用于多个托卡马克PFMs... 激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术几乎不受聚变环境中的强磁场影响,是一种最有希望实现托卡马克装置中面向等离子体材料(Plasma facing materials,PFMs)原位在线诊断的技术,已被用于多个托卡马克PFMs壁诊断。然而,LIBS技术对PFMs表面元素的探测限、定量分析以及PFMs的服役状态判定依旧面临很大挑战。采用同轴飞秒-纳秒激光协同技术,建立了飞秒-纳秒双脉冲激光诱导击穿光谱(fs-ns-DP-LIBS)技术,通过高峰值功率、低激光能量的飞秒激光诱导等离子体,再用纳秒激光增强常规单脉冲LIBS技术信号发射强度,进而提升常规单脉冲LIBS的探测灵敏度,同时结合6种合金标准样品,采用fs-ns-DP-LIBS技术对样品中的主要元素进行了定量分析,并进一步结合机器学习方法对6种合金进行种类判别。结果显示:在纳秒单脉冲和飞秒单脉冲LIBS检测中,Ni、Fe和Mo在400~800 nm波段没有观察到明显特征峰,仅观察到Cr的特征峰;在飞秒-纳秒脉冲间2μs延时,NiⅠ498.02 nm、FeⅠ517.16 nm、FeⅠ523.85 nm、MoⅠ588.83 nm和MoⅠ603.07 nm均被激发,且Cr的特征峰强度增强明显;并且相比对纳秒单脉冲LIBS技术,Cr的信号强度提高约7倍。定量分析结果显示,fs-ns-DP-LIBS技术绘制的定标曲线拟合度(R ^(2))更高,且Cr的探测限提高约3.5倍。进一步采用决策树、最近邻、线性判别和支持向量机等算法对6种合金进行了分类研究,线性判别和支持向量机的分类预测准确率大于99%。研究有望为原位LIBS技术诊断PFMs壁表面元素、定量分析及其服役状态判定提供检测方法。 展开更多
关键词 托卡马克 激光诱导击穿光谱 飞秒-纳秒脉冲 定量分析 合金
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双脉冲激光诱导击穿光谱结合多元定标法定量分析大豆油中的铅 被引量:3
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作者 吴宜青 欧阳静怡 +3 位作者 孙通 莫欣欣 刘津 刘木华 《分析测试学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1015-1020,共6页
应用双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)对大豆油中的铅(Pb)含量进行检测。配制9个大豆油样品,采用一定规格圆柱形桐木对样品中Pb进行富集,然后通过Ava-Spec二通道高精度光谱仪采集其LIBS光谱信号。根据样品的LIBS谱线图和美国国家标准技... 应用双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)对大豆油中的铅(Pb)含量进行检测。配制9个大豆油样品,采用一定规格圆柱形桐木对样品中Pb进行富集,然后通过Ava-Spec二通道高精度光谱仪采集其LIBS光谱信号。根据样品的LIBS谱线图和美国国家标准技术研究所(NIST)原子光谱数据库,确定选用CaⅡ393.284 nm,CaⅡ396.752 nm,NⅡ399.399 nm和PbⅠ405.685 nm的特征谱线强度作为自变量,得到Pb含量的多元线性回归定量分析模型,并通过方差分析和t检验验证分析模型的可行性。结果表明,采用Pb元素直接定标法得到的平均相对误差约为16%,拟合度R2为0.981 8;采用多元线性回归模型得到的平均相对误差为7.25%,拟合度R2为0.997 1,3个检验样品的相对误差均在合理范围内。采用多元校正分析模型可以充分利用光谱中的有效信息,降低基体效应的影响,从而提高LIBS分析的准确性。 展开更多
关键词 双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS) 多元定标 定量分析 大豆油
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基于一种远程双脉冲激光诱导击穿光谱系统原位分析钢样成分 被引量:10
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作者 辛勇 孙兰香 +5 位作者 杨志家 李洋 丛智博 齐立峰 张鹏 曾鹏 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第7期2255-2259,共5页
为了实现钢铁等金属熔炼过程中实时、在线监测元素组分含量,设计了一种远程双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)分析系统,对远距离的样品进行非接触式远程测量、成分分析。首先利用固体标准钢样对系统进行了测试以及标定,为下一步利用此系统... 为了实现钢铁等金属熔炼过程中实时、在线监测元素组分含量,设计了一种远程双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)分析系统,对远距离的样品进行非接触式远程测量、成分分析。首先利用固体标准钢样对系统进行了测试以及标定,为下一步利用此系统在线监测熔融钢液组分含量提供了基础。实验结果表明:激光远距离聚焦光斑在1 mm左右;双脉冲烧蚀比单脉冲烧蚀深度深很多;双脉冲最佳延时在不同距离下不一致;3.1 m处双脉冲增强效果比2.1 m处更好,其中Ti(Ⅰ)319.99 nrn增强最显著为5.19倍;各种元素的标定曲线相关系数r都在0.99左右,重复精度(RSD)基本都小于5%,测量偏差(RMSE)都小于0.021%,2.1m处的检出限相比3.1 m处更低,2.1 m处多数元素检出限小于500 ppm。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 远程 脉冲 在线
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液体中Cu元素双脉冲激光诱导击穿光谱测量研究 被引量:9
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作者 胡振华 张巧 +3 位作者 丁蕾 王颖萍 郑海洋 方黎 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期99-106,共8页
为了研究液体中重金属元素的双脉冲激光诱导击穿光谱,通过双脉冲激光诱导击穿光谱(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy,DP—LIBS)技术,对竖直流动的CuS04水溶液样品中Cu元素激光诱导击穿光谱的特性进行测量和分析... 为了研究液体中重金属元素的双脉冲激光诱导击穿光谱,通过双脉冲激光诱导击穿光谱(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy,DP—LIBS)技术,对竖直流动的CuS04水溶液样品中Cu元素激光诱导击穿光谱的特性进行测量和分析。实验中使用两台532nmNd:YAG激光器作为激发光源,等离子体信号通过光栅光谱仪和CCD进行采集。实验考察了DP—LIBS积分延时、激光脉冲间隔等参数对LIBS信号的影响。研究结果表明Cu元素双脉冲激发时的等离子体特征谱线发射强度是单脉冲激发时特征谱线发射强度的2倍左右,信噪比约为3.3倍,当两束激光脉冲间隔2—3ps时,谱线发射强度有最大增强,最后由定标曲线拟合结果得到Cu元素在双脉冲检测限为9.87mg/L,比单脉冲LIBS提高了约6倍,实验结果为双脉冲LIBS技术应用于水体中重金属快速检测提供了依据。 展开更多
关键词 光谱 激光诱导击穿光谱 脉冲激光 液体射流 检测限
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单脉冲和再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱对比研究 被引量:5
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作者 余洋 赵南京 +7 位作者 方丽 孟德硕 谷艳红 王园园 贾尧 马明俊 刘建国 刘文清 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期588-593,共6页
为了提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的检测灵敏度和辐射光谱特性,采用再加热正交双脉冲结构对样品中的4种元素Fe,Pb,Ca和Mg以及含有不同浓度重金属元素Cr的土壤样品进行分析。研究了4条特征谱线FeⅠ:404.581nm,PbⅠ:405.78nm,CaⅠ:422.... 为了提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的检测灵敏度和辐射光谱特性,采用再加热正交双脉冲结构对样品中的4种元素Fe,Pb,Ca和Mg以及含有不同浓度重金属元素Cr的土壤样品进行分析。研究了4条特征谱线FeⅠ:404.581nm,PbⅠ:405.78nm,CaⅠ:422.67nm和MgⅠ:518.361nm的光谱强度和信背比随两激光脉冲之间时间间隔的变化关系,获得了两激光脉冲之间最佳的时间间隔为1.0μs。在单脉冲和双脉冲条件下,得到了4条特征谱线FeⅠ:404.581nm,PbⅠ:405.78nm,CaⅠ:422.67nm和MgⅠ:518.361nm光谱强度的增强倍数分别为2.23,2.31,2.42和2.10;分析了特征谱线FeⅠ:404.581nm和CaⅠ:422.67nm谱线强度随时间的演化特性以及4条特征谱线信背比随光谱采集延时的变化关系,双脉冲能有效延长光谱强度的衰减时间以及提高特征谱线的信背比;比较分析了等离子体温度和电子密度随时间的演化特性,在双脉冲条件下,等离子体温度最大升高了730K,电子密度最大增加了1.8×1016 cm-3。单脉冲和双脉冲条件下获得重金属元素Cr的检测限分别为38和20μg·g^(-1),再加热正交双脉冲技术使元素检测限下降近2倍。以上结果表明:再加热正交双脉冲能有效地提升LIBS技术的检测灵敏度和光谱特性,为进一步降低元素的检测限提供了有效的方法。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 正交脉冲 谱线增强 信背比 等离子体温度 电子密度
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钾元素单脉冲和双脉冲激光诱导击穿光谱研究 被引量:6
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作者 张巧 胡振华 +2 位作者 丁蕾 王颖萍 郑海洋 《原子与分子物理学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期945-953,共9页
基于自行研制的新型液体射流的激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置,研究了实验条件(如积分延时、脉冲间隔、激光能量等)对K元素单脉冲LIBS和双脉冲LIBS等离子体发射的影响.实验得知相对单脉冲激光激发,双脉冲激光激发可以显著提高等离子体... 基于自行研制的新型液体射流的激光诱导击穿光谱(LIBS)实验装置,研究了实验条件(如积分延时、脉冲间隔、激光能量等)对K元素单脉冲LIBS和双脉冲LIBS等离子体发射的影响.实验得知相对单脉冲激光激发,双脉冲激光激发可以显著提高等离子体发射谱线强度,增加谱线强度的衰减时间,提高LIBS数据的稳定性.通过最佳实验条件下K766.49nm谱线强度随溶液浓度的分析,得到该实验系统中,双脉冲激光激发时K元素的检测灵敏度和检测限约是单脉冲激光激发时的37倍.实验结果为双脉冲LIBS技术应用于水体金属的检测提供了一定依据. 展开更多
关键词 激光诱导击穿等离子发射光谱 脉冲激光 脉冲激光 检测限
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大气颗粒物中重金属的双脉冲激光诱导击穿光谱研究 被引量:5
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作者 李业秋 孙成林 +5 位作者 李倩 岱钦 乌日娜 张善春 杨帆 乔红超 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第10期81-86,共6页
为了对沈阳市某工业区附近大气中重金属等离子体光谱特性进行研究,采用双脉冲激光诱导击穿光谱技术(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)对样品中主要重金属等离子体光谱进行测量分析。通过比较单脉冲(SP)和... 为了对沈阳市某工业区附近大气中重金属等离子体光谱特性进行研究,采用双脉冲激光诱导击穿光谱技术(Double pulse laser induced breakdown spectroscopy, DP-LIBS)对样品中主要重金属等离子体光谱进行测量分析。通过比较单脉冲(SP)和双脉冲(DP)激发的样品等离子体光谱,发现采用DP-LIBS技术可以很好地增强等离子体光谱的强度。研究DP-LIBS光谱强度随两个脉冲激光的间隔时间变化,在脉冲间隔为15μs时样品中重金属等离子体光谱得到了最大的增强。同时DP-LIBS技术也会提高样品等离子体光谱的稳定性,谱线的相对标准偏差由6%降低为3%左右。最后对样品等离子体的电子温度及电子密度随双脉冲间隔时间的变化情况进行了研究。 展开更多
关键词 激光诱导等离子体 脉冲激光 脉冲间隔时间 大气重金属
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猪饲料中Cu元素的双脉冲激光诱导击穿光谱检测技术研究 被引量:2
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作者 刘珊珊 张俊 +5 位作者 林思寒 刘木华 赖曲芳 万仁杰 黎静 梅宇 《食品工业科技》 CAS CSCD 北大核心 2017年第23期198-202,209,共6页
对猪饲料中Cu元素的双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测技术进行了研究。结合正交实验设计对饲料样品中Cu元素进行了LIBS实验参数优化。根据正交实验的直观分析法中的指标之和得出最佳实验参数条件为:激光A能量157.77 m J,激光B能量196.8... 对猪饲料中Cu元素的双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)检测技术进行了研究。结合正交实验设计对饲料样品中Cu元素进行了LIBS实验参数优化。根据正交实验的直观分析法中的指标之和得出最佳实验参数条件为:激光A能量157.77 m J,激光B能量196.87 m J,激光延迟时间450 ns,采集延时1.28μs。基于偏最小二乘(PLS),比较了不同点数平滑处理和各种预处理方法对PLS模型预测效果的影响。最后得出,结合9点平滑预处理能有效降低噪声信号,能够提高PLS模型分析LIBS光谱数据的准确性,模型预测结果:相关系数r,预测均方差RMSEP,平均相对误差ARE分别为0.9879、15.10、8.24%。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 猪饲料 铜元素 PLS
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土壤中重金属元素铬的双脉冲激光诱导击穿光谱研究 被引量:3
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作者 郭锐 宋海燕 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2014年第5期679-683,共5页
采用输出波长为1 064nm的两台Nd-YAG脉冲激光器作为光源,在大气环境下对不同浓度配制的5种重铬酸钾的土壤样本进行双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)分析。以Cr元素在425.435nm处特征发射谱线作为分析线,测定了不同浓度下Cr元素的DP-LIB... 采用输出波长为1 064nm的两台Nd-YAG脉冲激光器作为光源,在大气环境下对不同浓度配制的5种重铬酸钾的土壤样本进行双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)分析。以Cr元素在425.435nm处特征发射谱线作为分析线,测定了不同浓度下Cr元素的DP-LIBS特征谱线强度,与单脉冲激光诱导击穿光谱(SP-LIBS)强度进行了对比,建立了Cr元素特征谱线强度与溶液浓度的拟合关系曲线。结果表明:双脉冲(DP)激发光谱较单脉冲(SP)激发光谱的发射强度有大幅度的提升,在低浓度条件下,Cr元素浓度与DP-LIBS谱线有较好的线性关系,拟合系数达到0.986,通过定标曲线计算得到Cr元素的检测限为15.68μg/g,仅为相同条件下单脉冲检测限的二分之一。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 脉冲 重金属 检测限
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共线双脉冲激光诱导击穿光谱技术检测铝合金中的Cr和Mn 被引量:10
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作者 杨瑞兆 苏雪娇 +1 位作者 於有利 周卫东 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期160-163,共4页
采用两台波长1064nm的调Q脉冲Nd∶YAG激光器和多通道小型光纤光栅光谱仪,建立了一套共线双脉冲激光诱导击穿光谱分析装置。与单脉冲激光诱导技术相比,在最佳双脉冲时间延时8μs时,Mn I 403.07nm和Cr I 425.43nm的光谱强度分别增加了14.... 采用两台波长1064nm的调Q脉冲Nd∶YAG激光器和多通道小型光纤光栅光谱仪,建立了一套共线双脉冲激光诱导击穿光谱分析装置。与单脉冲激光诱导技术相比,在最佳双脉冲时间延时8μs时,Mn I 403.07nm和Cr I 425.43nm的光谱强度分别增加了14.3倍和17.2倍,以这两条谱线为分析线,铝合金中Mn和Cr的检测限分别由单脉冲时的73和94.5μg/g降低至双脉冲时的3.76和4.26μg/g,检测灵敏度提高了约20倍。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 铝合金 检测限 灵敏度
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天然玉石的再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱二维元素成像分析
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作者 庄尔填 康娟 +2 位作者 王亚蕊 李润华 陈钰琦 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期54-60,共7页
为了分析和检测天然玉石表面元素分布情况,采用再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱技术对天然玉石表面进行二维元素成像分析.实验研究了正交双脉冲激光诱导击穿光谱条件下脉冲间隔和激光能量对原子辐射强度和信背比的影响.在优化的实验... 为了分析和检测天然玉石表面元素分布情况,采用再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱技术对天然玉石表面进行二维元素成像分析.实验研究了正交双脉冲激光诱导击穿光谱条件下脉冲间隔和激光能量对原子辐射强度和信背比的影响.在优化的实验条件下,对天然玉石样品表面36mm×10mm范围内进行了二维扫描分析,获得了烧蚀坑洞直径约为30μm的玉石样品表面微量元素Fe的二维分布图.结果表明:再加热正交双脉冲技术能有效地检测天然玉石样品中的微量元素,并在相同的样品损伤条件下提高了检测灵敏度.该技术不仅可以实现玉石样品的表面元素分布分析,为玉石鉴定提供参考,还可以应用于其他固体样品二维元素分布扫描成像分析,具有较好的应用价值. 展开更多
关键词 光谱 激光诱导击穿光谱 正交脉冲 二维元素成像
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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 元素分析 激光诱导击穿光谱 文化遗产 发射光谱
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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 被引量:1
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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技术的口腔正畸弓丝使用状态评估方法研究
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作者 徐子恒 杨光 +2 位作者 曲东明 王玉琢 丁宇 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第11期3182-3189,共8页
随着口腔正畸在大众群体中的普及,正畸弓丝作为口腔正畸过程中传递矫顽力、引导牙齿移动的核心载体正日益成为研究者们的研究热点。富含酸、碱、酶、盐等物质的复杂口腔环境使得正畸弓丝在使用过程中产生化学腐蚀、离子析出和微生物黏... 随着口腔正畸在大众群体中的普及,正畸弓丝作为口腔正畸过程中传递矫顽力、引导牙齿移动的核心载体正日益成为研究者们的研究热点。富含酸、碱、酶、盐等物质的复杂口腔环境使得正畸弓丝在使用过程中产生化学腐蚀、离子析出和微生物黏附等一系列变化,由此带来的过敏性反应、牙龈并发性炎症和釉质脱矿性龋齿等问题已经正成为口腔正畸过程中不容忽视的难题。基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)开发了一种正畸弓丝现场快速分析方法,研究以在患者口腔中使用1~6个月不等的铜镍钛、普通镍钛、热激活镍钛弓丝为样品,在初步划分弓丝观测区域的基础上,深入分析不同烧蚀次数下Ca、Ni、Ti等重要元素的变化趋势。结果表明,针对同一烧蚀点的前5次烧蚀可采集牙菌斑与弓丝作用形成的生物膜光谱信息,从而反映微生物代谢产物在弓丝表面的富集状态,当烧蚀次数超过5次所采集到的光谱趋于一致,此时捕获的信号主要表征弓丝本体的合金成分。通过分析弓丝不同区域Ca元素谱线强度差异,可反映正畸患者口腔内牙菌斑分布状态,从而监测弓丝使用状态、患者口腔清洁程度及牙齿健康状况。该方法为口腔正畸过程中龋齿的早期预防提供了直观、可靠的判断依据,帮助医生在患者牙釉质可见白斑前干预脱矿进程。其次,针对已发生的龋损,可追溯性分析弓丝钙分布模式与患者清洁习惯的关联性,辅助鉴别龋病成因系清洁不足抑或个体易感性所致,为正畸医生了解到正畸患者最真实可靠的口腔清洁效果提供了客观技术手段,弥补了传统经验判断的不足。在该研究中建立起的牙菌斑——弓丝表面钙元素差异的模型有望为正畸过程中难以避免的高发龋齿问题提供新的解决思路。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 正畸弓丝 表层光谱 牙菌斑
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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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稻田土壤中K元素激光诱导击穿光谱定量分析偏振优化研究
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作者 梁佳琪 姚明印 +3 位作者 刘木华 罗子灵 魏海波 徐将 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第11期3105-3112,共8页
结合偏振分辨优化方法,实现了水稻田土壤中钾(K)元素含量的激光诱导击穿光谱(LIBS)检测精确度和稳定性的提升。通过搭建偏振分辨分光系统,在不同激光诱导能量条件下,对稻田土壤样品的LIBS和偏振分辨激光诱导击穿光谱(PRLIBS)数据进行了... 结合偏振分辨优化方法,实现了水稻田土壤中钾(K)元素含量的激光诱导击穿光谱(LIBS)检测精确度和稳定性的提升。通过搭建偏振分辨分光系统,在不同激光诱导能量条件下,对稻田土壤样品的LIBS和偏振分辨激光诱导击穿光谱(PRLIBS)数据进行了采集。对比分析了LIBS和PRLIBS全谱,突出PRLIBS优势。在744~775 nm波长范围内,绘制了LIBS和PRLIBS的三维光谱强度图,并选定特征峰信号强度最为显著的KI 766.49 nm特征谱线作为研究对象展开分析。对比结果显示,PRLIBS与LIBS光谱随激发能量增加呈现出相同的变化趋势,这一现象表明运用偏振分辨技术对LIBS系统进行优化具备可行性。进一步分析了N2K1、N2K2、N2K3、N2K4样品在PRLIBS和LIBS信号中K元素光谱信号强度与激发能量的线性相关性,其中PRLIBS的决定系数R^(2)为0.99586、0.97951、0.99611和0.99357,高于LIBS的0.97016、0.94498、0.99153和0.98924。结果表明,PRLI BS技术通过格兰-汤普森棱镜的双折射作用,过滤掉偏振度较高的寻常光(o光),透射出偏振度较低的非常光(e光),有效降低了背景噪声对等离子体信号特征光谱峰的干扰,显著提高水稻土壤中K元素检测的稳定性。对比PRLIBS和LIBS信号强度分布特征图及相对标准偏差(RSD)值发现,PRLIBS系统在激发能量为35、55和75 mJ条件下,信号稳定性优于LIBS,表明检偏棱镜在低激发能量下具有较强的特征谱线分辨能力。比较激发能量35和55 mJ下的LIBS和PRLIBS系统定标曲线图拟合效果,PRLIBS的决定系数R^(2)分别为0.94482和0.95832,明显高于LIBS的0.15069和0.47395,进一步证实了PRLIBS可有效地增强特征信号的稳定性。建立PRLIBS定量分析模型,55 mJ激发条件的预测模型均方根误差(RMSE)优于35 mJ激发条件。PRLIBS技术显著提升了光谱信号的稳定性与准确度,特别是在较低激发能量下优势突出,为稻田土壤养分的快速检测提供了极具价值的参考依据。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 偏振分辨 水稻田土壤 钾元素 稳定性
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