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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
1
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
2
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
3
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
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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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
5
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
6
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
7
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
8
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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基于激光诱导击穿光谱技术的碱金属Na定量检测
9
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
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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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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
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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(LIBS)结合随机森林算法(RF)快速定量含油污泥中重金属元素
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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
13
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
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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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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
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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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激光诱导击穿光谱技术结合偏最小二乘法建立热镀锌液中镁、铝元素的定量校正模型
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作者 刘艳丽 安治国 +5 位作者 张天龙 刘洁 李茂刚 张容玲 梁媛媛 尤增辉 《理化检验(化学分册)》 北大核心 2025年第7期774-779,共6页
为了解决冶金工业中热镀锌液样品实时在线分析的技术难题,提出了题示研究。通过自主搭建激光诱导击穿光谱在线监测装置,采用标准正态变换、多元散射校正、二阶导数(D2nd)和小波变换(WT)等预处理方法消除光谱散射效应、基线漂移及噪声,... 为了解决冶金工业中热镀锌液样品实时在线分析的技术难题,提出了题示研究。通过自主搭建激光诱导击穿光谱在线监测装置,采用标准正态变换、多元散射校正、二阶导数(D2nd)和小波变换(WT)等预处理方法消除光谱散射效应、基线漂移及噪声,通过变量重要性投影(VIP)筛选特征变量,并基于五折交叉验证优化VIP阈值,结合偏最小二乘法(PLS)建立了对Zn-Al-Mg体系和Zn-Al体系热镀锌液中镁、铝元素的定量校正模型。结果显示,最佳光谱预处理-VIP-PLS模型的预测性能明显优于原始光谱-PLS模型。WT-VIP-PLS、D2nd-VIP-PLS模型分别对Zn-Al-Mg体系热镀锌液中镁和铝两种元素具有较好的预测性能,其中镁、铝元素的决定系数(R^(2))分别为0.9834,0.9734,均方根误差(RMSE)分别为0.1657,0.2509;WT-VIP-PLS模型对Zn-Al体系热镀锌液中铝元素具有较好的预测性能,R^(2)为0.8497,RMSE为0.0677。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱技术 偏最小二乘法 热镀锌液 镁元素 铝元素
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基于激光诱导击穿光谱鉴别柑橘黄龙病
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作者 代文静 秦宏坤 +3 位作者 徐未 何玉韩 李敏 王朝晖 《厦门大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第5期768-774,共7页
[目的]柑橘黄龙病因传播速度极快且没有根治的方法,对柑橘的产量与品质造成了严重威胁.激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)具有样品处理简单、检测速度快等优点,结合化学计量学算法可实现柑橘黄龙病的快速鉴... [目的]柑橘黄龙病因传播速度极快且没有根治的方法,对柑橘的产量与品质造成了严重威胁.激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)具有样品处理简单、检测速度快等优点,结合化学计量学算法可实现柑橘黄龙病的快速鉴别.[方法]以健康和患黄龙病的脐橙(Citrus sinensis)叶片为研究对象,首先采集叶片在中心波长390,516,589,616和646 nm处的LIBS数据,而后分别采用主成分分析(principal component analysis,PCA)、偏最小二乘判别分析(partial least squares discriminant analysis,PLS-DA)、正交PLS-DA(orthogonal PLS-DA,OPLS-DA)等方法对光谱数据进行建模分析,最后对比不同模型对输入数据的分离效果以及对黄龙病的判别准确率.[结果]在对脐橙叶片是否患黄龙病的判别研究中,OPLS-DA模型训练集和验证集准确率均达到100.00%,在对轻度患黄龙病的判别研究中,训练集准确率为92.86%,验证集准确率为72.22%.[结论]LIBS结合OPLS-DA方法能够准确识别出健康和患黄龙病的脐橙叶片,在一定程度上可实现对轻度患病脐橙叶片和重度患病脐橙叶片的区分,有利于黄龙病的早期诊断.该研究结果对于黄龙病的鉴别具有重要意义. 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 柑橘 黄龙病 正交偏最小二乘判别分析
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激光诱导击穿光谱技术的绝缘子污秽等级远程分析方法研究
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作者 管子然 胡聪 +2 位作者 石俏 吴慧峰 何文峰 《光谱学与光谱分析》 北大核心 2025年第9期2563-2568,共6页
绝缘子是输电线路中的重要部件,尤其是在特高压线路中发挥支撑和绝缘的重要作用。然而,随着各种工业粉尘、烟尘等污秽在绝缘子表面附着堆积,引起绝缘子的绝缘性能下降,易诱发输电线路污秽闪络,造成重大损失,因此,对输电线路绝缘子污秽... 绝缘子是输电线路中的重要部件,尤其是在特高压线路中发挥支撑和绝缘的重要作用。然而,随着各种工业粉尘、烟尘等污秽在绝缘子表面附着堆积,引起绝缘子的绝缘性能下降,易诱发输电线路污秽闪络,造成重大损失,因此,对输电线路绝缘子污秽等级的判别是输电系统安全可靠运行的一项重要任务。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是一种元素原位快速分析技术,具备无需取样、现场分析及远程遥测等特点。以人工污秽为分析对象,开展了玻璃绝缘子表面污秽样品等级的LIBS原位远程遥测判别方法研究。基于远程LIBS新装置,在测试距离2 m,激光器输出能量50 mJ,激光器频率20 Hz,光谱仪积分时间2.0 s,延时时间2.0μs的工作条件下,实现了对人工污秽中Mg,Si,Al,Ca,Na等元素的定性分析,污秽中Na元素谱线强度与污秽等值盐密之间呈现良好的线性关系。基于所获得LIBS光谱中Mg、Na、Al等代表性盐类的特征谱线,以主成分分析(PCA)和K-近邻算法(KNN)算法分别完成了对人工污秽等级的聚类判别,其中KNN分类模型准确度为94.4%,精确率为93.7%,模型召回率为96.4%。该研究表明,LIBS技术可实现绝缘子表面污秽多元素成分的远程遥测原位分析,进一步结合机器学习算法可实现对污秽等级的直接判别。本工作可为后续深入研究LIBS技术服务电力行业的原位分析应用,开发针对性的配套分析仪器设备提供方法学支撑。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 远程遥测 污秽等级 绝缘子 元素分析
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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
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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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