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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
1
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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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
2
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
3
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
4
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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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
5
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在文化遗产领域的应用 被引量：2
6
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口腔正畸弓丝使用状态评估方法研究
7
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技术的碱金属Na定量检测
8
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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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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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
10
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-纳秒双脉冲 定量分析 合金
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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
11
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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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
13
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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激光诱导击穿光谱技术(LIBS)定量分析缅甸翡翠中的镁与钙
14
作者 王亚军 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第11期1569-1575,共7页
激光诱导击穿光谱对于宝玉石的定量分析一直是研究热点和难点,为了拓展激光诱导击穿光谱在宝石学研究与检测领域的应用,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)对22个缅甸翡翠样品进行镁、钙含量的测量和分析,选取Ca(315.954 nm)、Mg(285.210 nm)... 激光诱导击穿光谱对于宝玉石的定量分析一直是研究热点和难点,为了拓展激光诱导击穿光谱在宝石学研究与检测领域的应用,采用激光诱导击穿光谱(LIBS)对22个缅甸翡翠样品进行镁、钙含量的测量和分析,选取Ca(315.954 nm)、Mg(285.210 nm)和作为定标分析谱线,以Si(288.170 nm)光谱线作为内标谱线。以15个样品分别绘制出了基于谱线强度和基于谱线积分强度的MgO与CaO内定标曲线,基于谱线强度内定标法分析建立的MgO与CaO拟合曲线的相关系数R^(2)分别为0.904和0.949,以检验集中7个样品检验定标曲线,MgO与CaO的LIBS测量值与参考值的相对偏差分别为9.4%~42.2%、4.1%~55.2%,与样品参考值的偏差分别低于0.47%、0.73%;而基于谱线积分强度内定标法分析建立的MgO与CaO元素拟合曲线的相关系数R^(2)分别为0.947和0.973,以检验集中7个样品检验定标曲线,MgO与CaO的LIBS测量值与参考值的相对偏差分别为3.7%~34.9%、3.8%~37.3%,与样品参考值的偏差分别低于0.56%、0.49%。实验结果表明,基于谱线的积分强度的内定标法提高LIBS检测翡翠中MgO与CaO的精确度。研究表明,LIBS对翡翠样品的定量分析具有可靠的重复性和准确性,在宝石学研究领域具有重要的应用潜力。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 定量分析 光谱分析 缅甸翡翠
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电化学富集-激光诱导击穿光谱(LIBS)法测定水中铀元素 被引量：4
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作者 杨怡 邱荣 +3 位作者 辜周宇 廖瑞 周强 史晋芳 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期153-161,共9页
为改善激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)检测液体样品时遇到的液体飞溅、等离子体猝灭和稳定性差的问题,结合电化学富集方法,以KCl为电解质,石墨棒为阴极,开展了水中铀(U)元素的LIBS检测研究。选择UⅡ3... 为改善激光诱导击穿光谱技术(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy,LIBS)检测液体样品时遇到的液体飞溅、等离子体猝灭和稳定性差的问题,结合电化学富集方法,以KCl为电解质,石墨棒为阴极,开展了水中铀(U)元素的LIBS检测研究。选择UⅡ367.007 nm、UⅡ409.013 nm作为分析对象进行定量分析,着重研究了富集电压、KCl质量浓度、激光脉冲能量、激发方式等对铀元素特征谱线强度的影响规律,并通过扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)对石墨棒表面吸附元素的空间分布进行了分析。结果表明,最佳富集电压为1.6 V,适当的电解质KCl质量浓度可以提高铀元素的富集效率和富集均匀性,提高激光脉冲能量与采用光电双脉冲激发方式能增强铀元素特征谱线的强度并提高信噪比。在光电双脉冲激发下,对水中铀元素进行了定量分析,获得UⅡ367.007 nm、UⅡ409.013 nm的检测下限分别为25.89和15.00μg/L,相关系数均大于0.98。方法可为水体中放射性核素含量调查、生活饮用水铀污染现状以及核工业含铀废水监测等场景提供技术支持。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱技术 铀元素 电化学富集 定量分析
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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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激光诱导击穿光谱(LIBS)结合机器学习算法快速测定石油焦中微量元素 被引量：4
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作者 刘一江 闫春华 +3 位作者 李茂刚 张天龙 汤宏胜 李华 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期197-204,共8页
石油焦中微量元素对其作为预焙阳极的性能起着决定性的作用。首先,通过基于LIBS光谱构建用于石油焦中铁(Fe)和铜(Cu)定量分析的PLS校正模型。然后,考察了不同光谱预处理(归一化、多元散射校正、标准正态变换、一阶导数和二阶导数)以及... 石油焦中微量元素对其作为预焙阳极的性能起着决定性的作用。首先,通过基于LIBS光谱构建用于石油焦中铁(Fe)和铜(Cu)定量分析的PLS校正模型。然后,考察了不同光谱预处理(归一化、多元散射校正、标准正态变换、一阶导数和二阶导数)以及变量选择算法(粒子群优化算法和变量重要性投影)对PLS校正模型预测性能的影响。建立了一种基于激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)结合偏最小二乘(Partial least squares,PLS)的石油焦中微量元素定量分析方法。结果显示,与其他PLS校正模型相比,基于二阶导数和变量重要性投影的PLS模型对Fe的预测性能最优,最优的交叉验证相关系数(R-squared cross validation,R^(2) cv)为0.9667,均方根误差(Root mean squared error cross validation,RMSEcv)为10.2821 mg/kg,预测集的相关系数(R-squared prediction,R^(2) p)为0.8638,均方根误差(Root mean squared error prediction,RMSEp)为14.5078 mg/kg;而对于Cu,基于多元散射校正和粒子群优化的PLS模型的预测性能最优,最优的交叉验证R^(2) cv为0.9553,RMSEcv为6.3300 mg/kg,预测集R^(2) p为0.9269,RMSEp为7.6502 mg/kg。因此,LIBS结合PLS可为石油焦中微量元素含量的快速检测提供一种可行方法。 展开更多
关键词 石油焦 激光诱导击穿光谱 偏最小二乘 定量分析
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激光诱导击穿光谱(LIBS)法微损快速检测党参中Pb 被引量：2
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作者 陈富强 方丽 +3 位作者 马明俊 韩守炉 时晨 赵南京 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期162-167,共6页
中药材重金属元素快速检测对污染监控及人们健康具有重要意义。激光诱导击穿光谱技术(Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)属于一种快速检测方法,研磨压片等预处理方法相对样品消解已有所简化,但破坏了样品的物理性质,且不能满... 中药材重金属元素快速检测对污染监控及人们健康具有重要意义。激光诱导击穿光谱技术(Laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)属于一种快速检测方法,研磨压片等预处理方法相对样品消解已有所简化,但破坏了样品的物理性质,且不能满足中药材大宗品种、大批量检测需求。若进一步简化样品预处理,将更加凸显LIBS快速检测的优势。采用Pb溶液浸泡法获得不同Pb含量的党参切片样品,依次获取Pb LIBS光谱强度,通过排序初步判断Pb含量高低,随机从各含量梯度样品中抽取样品,将其分为三份:38个A样用于ICP-MS检测,建立定标曲线,从而获取B样和C样中Pb真实含量,10个B样作为Pb浓度已知的参考定标样品,用于待测党参样品中Pb微损检测,19个C样用于验证B样微损检测准确性。建立的微损定标曲线线性相关系数R^(2)为0.7764,可用于切片党参LIBS快速检测,对待测党参切片样品检测平均相对误差为3.74%,与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法对比,相关系数R^(2)为0.7957,验证了LIBS技术微损检测的可行性。制备的党参参考定标样品可多次重复用于待测样定标和仪器标定等。实验对待测党参样品仅进行切片处理,避免了研磨、压片等预处理,更加充分地体现LIBS快速检测的优势,为LIBS技术应用于中药材重金属元素快检等领域提供了一种新方法。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 党参 微损快速检测 重金属
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基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的煤灰熔点快速检测 被引量：3
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作者 鄢嘉懿 王艺陶 李燕 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期191-196,共6页
由于劣质煤的存在,燃煤时锅炉内极易出现结渣问题,不仅降低了煤的利用率、电厂的经济效益,且使火电厂存在安全隐患,如管壁超温爆管等,不符合国家节能减排的发展战略要求。因此炉内结渣是影响火电机组和气化工艺可靠运行的关键因素之一,... 由于劣质煤的存在,燃煤时锅炉内极易出现结渣问题,不仅降低了煤的利用率、电厂的经济效益,且使火电厂存在安全隐患,如管壁超温爆管等,不符合国家节能减排的发展战略要求。因此炉内结渣是影响火电机组和气化工艺可靠运行的关键因素之一,准确预测灰熔点可以提前调整炉膛出口温度以避免结渣。采用激光诱导击穿光谱仪(LIBS)对33个火电厂常用煤燃烧后得到的煤灰样品采集其中所有元素的光谱,分别建立煤灰中的所有元素的谱线强度与煤灰熔点的随机森林模型、支持向量机回归模型和线性回归模型,直接预测煤灰熔点温度。采用基于马氏距离(MD)的异常数据剔除算法和基于稀疏矩阵的基线估计与降噪算法(BEADS),对粉煤灰样的全光谱数据进行了预处理。将全部数据划分为70%训练集和30%测试集,并以平均相对误差(MRE)作为判断模型拟合程度的标准,其中随机森林模型对粉煤灰熔点的预测平均相对误差(MRE)为54.74%,支持向量机回归模型的预测平均相对误差为60.08%,而线性回归模型的预测平均相对误差达到了9.78%。研究结果表明,线性回归模型对煤灰熔点的预测结果更准确。将便携式LIBS光谱仪与机器学习算法相结合,用于煤灰熔点的快速检测,可有效避免锅炉结渣问题,实现火电厂安全性和经济效益的同步提高,有广阔的发展前景。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 粉煤灰 灰熔点 随机森林模型 支持向量机 线性回归
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激光诱导击穿光谱(LIBS)结合字典学习对气溶胶光谱数据筛选方法的研究 被引量：2
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作者 李雨亭 韦中 +5 位作者 陈靖 陈文杰 袁茼珊 王启璇 蒋焱 丁宇 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期176-182,共7页
气溶胶是大气中的重要组分,对气候、生态环境等均有重要的影响。激光诱导击穿光谱(LIBS)在用于气溶胶检测时,由于气溶胶的离散分布,导致采集到大量无效光谱。通过制备7种不同浓度的NaCl气溶胶样品,选取NaCl溶液(10%)的5000条光谱数据进... 气溶胶是大气中的重要组分,对气候、生态环境等均有重要的影响。激光诱导击穿光谱(LIBS)在用于气溶胶检测时,由于气溶胶的离散分布,导致采集到大量无效光谱。通过制备7种不同浓度的NaCl气溶胶样品,选取NaCl溶液(10%)的5000条光谱数据进行分类,其中70%作为训练集,30%作为测试集,建立一种结合字典学习对有效光谱数据进行筛选的方法——K-SVD-SVM。当字典基向量数设置为3时,模型分类性能最优,准确率(Accuracy)、精确率(Precision)、召回率(Recall)、精确率和召回率的调和平均(F1)分别达到96%、95%、95%、0.95。此外,采用K-SVD-SVM方法对7种不同浓度的气溶胶样品进行筛选后,输入结合遗传算法的极限学习机(GA-ELM)模型开展定量分析,同时将未筛选的原始光谱数据输入定量模型进行对比。未筛选的原始数据测试集RMSE和R^(2)分别是0.0303和0.8726,筛选光谱后,分别提升至0.0187和0.9809。结果表明,K-SVD-SVM方法有着较好的分类性能,且采用此方法筛选出的有效数据可以为气溶胶中元素定量分析提供数据支撑。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 字典学习 气溶胶 分类识别
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