土壤污染的激光探针分析方法研究
发布时间：2021-02-01 13:35
近年来土壤污染逐渐成为威胁我国生态和粮食安全的重大问题,这使得对土壤污染成分信息的检测变得十分重要。传统的检测方法存在制样复杂、耗时长等问题,难以实现快速检测,而激光探针技术因具有分析快速、制样简单、操作便捷等优点则成为土壤检测领域的研究热点。然而目前该技术易受基体效应、自吸收效应和光谱干扰影响,使得检测灵敏度和准确度难以满足实际需求。为解决这些问题,本文对土壤污染激光探针检测技术进行了系统研究。具体研究内容如下:提出分类定标方法解决土壤成分激光探针分析时基体效应的影响。首先采用支持向量机算法对10种不同类型土壤进行分类,获得了100%分类准确度,并在此基础上采用基于小波变换去背景和标准加入法的激光探针技术,大幅度提高了定量分析的准确度,使不同类型土壤中Pb元素的定量分析预测均方根误差由超过300 ppm改善到小于40 ppm。针对土壤重金属元素检测中的光谱干扰及检测灵敏度较差的问题,提出了共振激发辅助激光探针技术的解决方案。以Pb元素为例,利用283.31 nm的激光,在14μs延时的条件下消除了土壤中Fe、Ti、Mn元素谱线对Pb元素谱线的干扰。在痕量范围内使Pb元素定标曲线的决定...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
“好奇号”火星车示意图
图 1-2 LIBS 技术原理示意图一般来说，LIBS 检测过程可分为三个阶段：第一阶段为等离子体产生阶段；第二阶段为等离子体发射光谱的收集与分光阶段；第三阶段为光电转化阶段。第一阶段过程如图 1-3 所示，该过程包括了等离子体的演化过程[37]。具体过程为：（1）激光入射；（2）激光开始烧蚀样品表面；（3）激光烧蚀后物质开始等离子体化；（4）等离子体在激光脉宽时间内被激光继续加热，使更多的粒子进入高能级激发状态；（5）等离子体冷却初期，在此时期大多数电子处于游离态，能级在连续区，电子无规则碰撞产生大量的韧致辐射，表现在光谱上为高强度的连续光谱；（6）随着等离子体温度降低，电子回归到分立能级，在分立能级向下跃迁的过程中向外发射大量的元素特征光谱；（7）等离子体继续冷却，大部分粒子回归基态，光谱消
图 1-3 激光诱导等离子体时间演变过程第二阶段为等离子体发射光谱的收集与分光阶段，主要与收集方式和分光方式相关。目前主流的收集方式为聚焦透镜和光纤相结合的方式，即利用聚焦透镜将等离子体发射光信号聚焦到光纤之中，再通过光纤将光信号传输到光谱仪中进行分光。而分光仪器主要分为光谱仪和单色仪。对于单一元素的检测，为节省成本可以设计为单色仪分光；而在科学研究中往往需要对多种元素进行研究，一般采用光谱仪分光以获得较宽范围的光谱信息。第三阶段的光电转换主要与光电转化器件相关。目前主流的光电转化器件为电荷耦合探测器（CCD）与增强型电荷耦合探测器（ICCD）。由于 ICCD 具有较高的时间分辨能力，在科学研究中常常被采用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]LIBS技术结合多元校正定标检测土壤中的Cr[J]. 谷艳红,赵南京,马明俊,孟德硕,王寅,余洋,胡丽,方丽,王园园,刘建国,刘文清. 光谱学与光谱分析. 2016(06)
[2]微波辅助激光诱导击穿光谱增强大米中Cd发射强度的研究[J]. 胡慧琴,徐雪红,黄林,姚明印,陈添兵,刘木华,王彩虹. 光谱学与光谱分析. 2016(04)
[3]微波辅助激光诱导击穿光谱对大米元素分析的实验研究[J]. 陈添兵,黄林,姚明印,周华茂,胡慧琴,王彩虹,杨晖,刘木华. 光电子·激光. 2016(02)
[4]Rock and Soil Classification Using PLS-DA and SVM Combined with a Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Library[J]. 杨光,乔淑君,陈鹏飞,丁宇,田地. Plasma Science and Technology. 2015(08)
[5]水中重金属元素镉的激光诱导击穿光谱快速检测研究[J]. 胡慧琴,姚明印,涂建平,黄林,陈添兵,杨平,刘木华,何秀文,樊十全. 江西农业大学学报. 2015(02)
[6]基于遗传算法和偏最小二乘法的土壤激光诱导击穿光谱定量分析研究[J]. 邹孝恒,郝中骐,易荣兴,郭连波,沈萌,李祥友,王泽敏,曾晓雁,陆永枫. 分析化学. 2015(02)
[7]全国土壤污染状况调查公报[J]. 中国环保产业. 2014(05)
[8]支持向量机算法在激光诱导击穿光谱技术塑料识别中的应用研究[J]. 于洋,郝中骐,李常茂,郭连波,李阔湖,曾庆栋,李祥友,任昭,曾晓雁. 物理学报. 2013(21)
[9]碳室约束对激光等离子体辐射的增强效应[J]. 陈金忠,马瑞玲,陈振玉,孙江,李旭. 光学精密工程. 2013(08)
[10]预烧蚀激光参数对双脉冲激光诱导击穿光谱增强的影响[J]. 高勋,邵妍,杜闯,赵振明,郑权,林景全. 中国激光. 2013(08)
博士论文
[1]基于激光诱导击穿光谱技术的土壤理化信息检测方法研究[D]. 余克强.浙江大学 2016
本文编号：3012864
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
“好奇号”火星车示意图
图 1-2 LIBS 技术原理示意图一般来说，LIBS 检测过程可分为三个阶段：第一阶段为等离子体产生阶段；第二阶段为等离子体发射光谱的收集与分光阶段；第三阶段为光电转化阶段。第一阶段过程如图 1-3 所示，该过程包括了等离子体的演化过程[37]。具体过程为：（1）激光入射；（2）激光开始烧蚀样品表面；（3）激光烧蚀后物质开始等离子体化；（4）等离子体在激光脉宽时间内被激光继续加热，使更多的粒子进入高能级激发状态；（5）等离子体冷却初期，在此时期大多数电子处于游离态，能级在连续区，电子无规则碰撞产生大量的韧致辐射，表现在光谱上为高强度的连续光谱；（6）随着等离子体温度降低，电子回归到分立能级，在分立能级向下跃迁的过程中向外发射大量的元素特征光谱；（7）等离子体继续冷却，大部分粒子回归基态，光谱消
图 1-3 激光诱导等离子体时间演变过程第二阶段为等离子体发射光谱的收集与分光阶段，主要与收集方式和分光方式相关。目前主流的收集方式为聚焦透镜和光纤相结合的方式，即利用聚焦透镜将等离子体发射光信号聚焦到光纤之中，再通过光纤将光信号传输到光谱仪中进行分光。而分光仪器主要分为光谱仪和单色仪。对于单一元素的检测，为节省成本可以设计为单色仪分光；而在科学研究中往往需要对多种元素进行研究，一般采用光谱仪分光以获得较宽范围的光谱信息。第三阶段的光电转换主要与光电转化器件相关。目前主流的光电转化器件为电荷耦合探测器（CCD）与增强型电荷耦合探测器（ICCD）。由于 ICCD 具有较高的时间分辨能力，在科学研究中常常被采用。
【参考文献】：
期刊论文
[1]LIBS技术结合多元校正定标检测土壤中的Cr[J]. 谷艳红,赵南京,马明俊,孟德硕,王寅,余洋,胡丽,方丽,王园园,刘建国,刘文清. 光谱学与光谱分析. 2016(06)
[2]微波辅助激光诱导击穿光谱增强大米中Cd发射强度的研究[J]. 胡慧琴,徐雪红,黄林,姚明印,陈添兵,刘木华,王彩虹. 光谱学与光谱分析. 2016(04)
[3]微波辅助激光诱导击穿光谱对大米元素分析的实验研究[J]. 陈添兵,黄林,姚明印,周华茂,胡慧琴,王彩虹,杨晖,刘木华. 光电子·激光. 2016(02)
[4]Rock and Soil Classification Using PLS-DA and SVM Combined with a Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Library[J]. 杨光,乔淑君,陈鹏飞,丁宇,田地. Plasma Science and Technology. 2015(08)
[5]水中重金属元素镉的激光诱导击穿光谱快速检测研究[J]. 胡慧琴,姚明印,涂建平,黄林,陈添兵,杨平,刘木华,何秀文,樊十全. 江西农业大学学报. 2015(02)
[6]基于遗传算法和偏最小二乘法的土壤激光诱导击穿光谱定量分析研究[J]. 邹孝恒,郝中骐,易荣兴,郭连波,沈萌,李祥友,王泽敏,曾晓雁,陆永枫. 分析化学. 2015(02)
[7]全国土壤污染状况调查公报[J]. 中国环保产业. 2014(05)
[8]支持向量机算法在激光诱导击穿光谱技术塑料识别中的应用研究[J]. 于洋,郝中骐,李常茂,郭连波,李阔湖,曾庆栋,李祥友,任昭,曾晓雁. 物理学报. 2013(21)
[9]碳室约束对激光等离子体辐射的增强效应[J]. 陈金忠,马瑞玲,陈振玉,孙江,李旭. 光学精密工程. 2013(08)
[10]预烧蚀激光参数对双脉冲激光诱导击穿光谱增强的影响[J]. 高勋,邵妍,杜闯,赵振明,郑权,林景全. 中国激光. 2013(08)
博士论文
[1]基于激光诱导击穿光谱技术的土壤理化信息检测方法研究[D]. 余克强.浙江大学 2016
本文编号：3012864
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