基于LIBS技术的水泥粉末在线成分分析

在工业现场生产水泥的过程中，各种成分的含量直接影响着水泥的质量，因此如何快速准确地监测水泥中各个成分的含量意义重大。采用的实验方式为，将不经过任何预处理的水泥粉末直接放入位于二维移动平台上的物料盒中，通过激光诱导击穿光谱(LIBS)直接对水泥粉末表面的不同位置进行激发检测，对得到的光谱数据首先进行归一化和主成分分析等预处理操作，然后针对水泥中Ca, Si, Al, Fe, Mg五种元素，分别建立偏最小二乘(PLS)和支持向量回归(SVR)两种定量分析模型进行方法比较。此外，对比了粉末状水泥与压片式水泥两种测量方式的结果。实验结果表明，采用粉末状水泥直接测量的方式下，针对水泥样品元素浓度与所得到的光谱中特征线强度的关系，SVR方法比PLS方法更具优势，粉末状水泥直接测量的精度接近压片式测量的精度，说明LIBS技术对水泥粉末状样品直接在线测量具有可行性。     

通过二次回归正交设计对激光诱导击穿光谱实验参数优化建模

激光诱导击穿光谱(LIBS)为多元素同时分析提供了一种简单、快速的分析工具。对LIBS多元素同时分析时实验参数优化,提出了一个"综合信背比(ISBR)"的优化目标函数。基于二次回归正交设计(QROD)构建了激光脉冲能量、检测延时、样品距透镜距离、积分时间这些因素对目标函数影响的多因素模型。结果表明,目标函数可以顾及多条谱线性能,为多元素同时分析提供参数优化的依据。利用QROD方法建立多因素模型,可以获得比单因素逐个优化更优的实验条件,并大大减少了实验次数。     

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

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 nm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%,2.1 m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。     

基于激光诱导击穿光谱的合金钢组分偏最小二乘法定量分析

在炼钢中合金浓度的检测和控制对产品质量影响很大,激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy, LIBS)技术具有快速、非接触、无需制样等特点,非常适合应用于合金成分的在线分析。但是由于合金中的C, S, P元素的成分含量都很低,其原子发射谱线极易淹没在复杂的铁元素特征谱线之中,造成这些重要元素在线定量分析困难。以合金钢标准光谱样品为研究对象,获取激光诱导击穿光谱数据,采用定标曲线法(calibration curve, CC)和偏最小二乘法(partial least squares, PLS),对合金钢样品的主量和微量元素进行定量分析。比较两种方法的定标结果得出：对于主量元素,PLS方法的定量分析水平优于传统的CC法;更重要的是对于微量元素,由于特征谱线极弱,CC法无法得出定量结果,而PLS法仍然具有良好的定量分析能力。同时,将PLS法回归模型特征谱线处的回归系数与原始有背景干扰的光谱强度数据进行比较,阐述了LIBS数据定量分析中PLS方法的优势。结果表明,在激光诱导击穿光谱合金成分分析中,PLS方法适合用于C等微量元素的定量分析。     

CdTe量子点的超快过程研究

使用pumpprobe技术研究了CdTe量子点的瞬态吸收光谱,通过双指数拟合,得到两个弛豫过程,将得到快过程归结为表面俘获载流子跟价带底空穴的直接复合,即表面态辐射过程;慢过程被归结为电子被深表面态俘获,然后以发射荧光或无辐射跃迁的形式与空穴进行复合,即深表面俘获态辐射过程. 并细致的研究了量子点的尺寸对单纯核的弛豫过程的影响.     

In situ analysis of magnesium alloy using a standoff and double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy system

To monitor the components of molten magnesium alloy during the smelting process in real time and online, we designed a standoff double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) analysis system that can perform focusing, collecting and imaging of long-range samples. First, we tested the system on solid standard magnesium alloy samples in the laboratory to establish a basis for the online monitoring of the components of molten magnesium alloy in the future. The experimental results show that the diameters of the focus spots are approximately 1 mm at a range of 3 m, the ablation depth of the double-pulse mode is much deeper than that of the single-pulse mode, the optimum interpulse delay of the double pulse is inconsistent at different ranges, and the spectral intensity decays rapidly as the range increases. In addition, the enhancement effect of the double pulse at 1.89 m is greater than that at 2.97 m, the maximum enhancement is 7.1-fold for the Y(I)550.35-nm line at 1.89 m, and the calibration results at 1.89 m are better than those at 2.97 m. At 1.89 m, the determination coefficients (R²) of the calibration curves are approximately 99% for Y, Pr, and Zr; the relative standard deviations (RSDs) are less than 10% for Y, Pr, and Zr; the root mean square errors (RMSEs) are less than 0.037% for Pr and Zr; the limits of detection (LODs) are less than 1000 ppm for Y, Pr, and Zr; and the LODs of Y, Pr, and Zr at 2.97 m are higher than those at 1.89 m. Additionally, we tested the system on molten magnesium alloy in a magnesium alloy plant. The calibration results of the liquid magnesium alloy are not as favorable as those of the sampling solid magnesium alloys. In particular, the RSDs of the liquid magnesium alloy are approximately 20% for Pr and La. However, with future improvements in the experimental conditions, the developed system is promising for the in situ analysis of molten magnesium alloy.     

激光诱导击穿光谱微区分析的研究应用进展

激光诱导击穿光谱微区分析通常是指利用紧聚焦激光束在微米尺度范围对样品表面进行分析的技术。相比于常规激光诱导击穿光谱分析,微区分析可以在更小范围、更少样品的情况下提供更加被分析样品丰富的形态、结构、含量信息,因而应用领域广泛。本文介绍了激光诱导击穿光谱微区分析在激光源选择以及光路系统结构方面的应用状况,综述了其在金属、半导体、动植物等领域的应用研究进展,讨论了目前存在的问题,对发展前景和发展方向进行了展望。