PSO-LSSVM对LIBS定量分析精度的提高

针对土壤定量分析受基体效应影响大，LIBS定量分析精度不佳等问题，采用粒子群算法对LSSVM进行优化，提高模型的精确度。选取Pb Ⅰ 405.78 nm和Cr Ⅰ 425.44 nm作为分析谱线进行分析。采集十二个不同浓度样品的特征光谱，每个浓度样品在不同点采集20组数据，将其中17组数据设为训练集，3组数据设为预测集，用LSSVM和PSO-LSSVM两种方法建立定标模型。对比两种模型的拟合相关系数（R2）、训练集均方根误差（RMSEC）和预测集均方根误差(RMSEP)。由于自吸收效应的影响，随着浓度的增加，预测值逐渐低于实际值，LSSVM定标模型的拟合程度较低，无法达到实验要求，模型性能有待提高。利用粒子群算法对LSSVM的模型参数惩罚系数和核函数参数进行优化，得到最佳的参数组合，Pb元素为(8 096.8, 138.865 7)，Cr元素为(4 908.6, 393.563 5)，用最佳的参数组合构建LSSVM的定标模型。相比于LSSVM，PSO-LSSVM定标模型的精确度更高，Pb和Cr元素的R2提高到了0.982 8和0.985 0，拟合效果明显提升。Pb和Cr元素的训练集均方根误差由0.026 0 Wt%和0.027 2 Wt%下降到0.022 4 Wt%和0.019 1 Wt%，预测集均方根误差由0.101 8 Wt%和0.078 8 Wt% 下降到0.045 8 Wt%和0.042 0 Wt%，模型的稳定性进一步提高。说明PSO-LSSVM算法能够更好地降低土壤基体效应和自吸收效应带来的影响，提高分析结果的精确度与稳定性。     

火星车载激光诱导击穿光谱仪(MarsCoDe)在轨定标样品选取研究

我国首次火星全球遥感与区域巡视探测任务已获批立项，首个火星探测器也即将前往火星。为满足火星物质成分分析的需求，我国研制了不同类型的火星物质成分分析仪器，其中包括火星表面成分探测仪（MarsCoDe），应用了激光诱导击穿光谱技术（laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS）。火星表面覆盖尘埃，探测仪器想要准确获取火星尘埃之下的物质成分，必须剥去尘埃或者进行破坏从而深入岩层取样。LIBS可以用激光烧蚀待测物体表面，获得深部物质光谱信息，在火星表面探测中具有其他仪器无法取代的优势。LIBS在火星探测中几乎适用于探测每一个元素，包括轻元素H，Li，Be，B，C，N，O等，帮助寻找有机物和含水地质过程的证据。由于LIBS在火星环境工作，等离子体的物理性质与地球上完全不同。为了确保火星车载LIBS返回数据的光谱质量，需要对LIBS在着陆后开展在轨定标。借助火星车的携带在轨定标样品，对探测数据进行在轨定标，确保返回数据的可靠性。定标样品的选择是一项十分重要的工作，存在仪器工程条件限制、定标样品类型的代表性、元素成分分布范围、样品稳定性等多种考虑因素，需满足科学任务的同时达到加工工艺要求。总结了国外已有的火星车载LIBS在轨定标的研究进展，重点分析了LIBS在轨定标样品选择依据、国外选择样品的优缺点，并总结经验提出了几点建议，为我国在轨定标工作提供参考。对火星探测数据的正确解译，对未来研究火星的起源、火星的长期地质演变过程等具有重要的科学意义。     

支持向量机结台主成分分析辅助激光诱导击穿光谱技术识别鲜肉品种

为提高激光诱导击穿光谱技术(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)对鲜肉品种的识别率,采用支持向量机结合主成分分析算法辅助LIBS技术对鲜肉品种进行识别.对鲜肉切片用载玻片压平,采用LIBS技术对鲜肉组织(猪肉、牛肉和鸡肉)表面进行光谱数据的采集,每种鲜肉采集150幅光谱并进行随机排列,取前75幅光谱作为训练集建立模型,后75幅作为测试集测试建模结果.研究选取K、Ca、Na、Mg、Al、H、O等元素的49条归一化谱线数据进行主成分分析,并用所得数据建立支持向量机分类模型.结果表明,通过主成分分析降维,输入变量从49个优化减少到18个,模型建模速度从88.91 s降至55.52 s,提高了支持向量机的建模效率;并使预测集的平均识别率提高到89.11%.本研究为激光诱导击穿光谱技术在鲜肉品种快速分类领域提供了方法和数据参考.     

激光诱导三维网状石墨烯的一步法制备及应用

三维多孔石墨烯作为一种优异的石墨烯碳材料, 其独特的多孔结构使得材料在具有较大比表面积的同时还保持着足够高的电子迁移率和机械稳定性, 在电子器件中得到了广泛的应用. 本文介绍的激光诱导石墨烯是一种以一步法直接制备得到的三维网状石墨烯材料, 该技术将三维石墨烯的制备和图案化相结合, 无需进行湿化学反应处理, 制作方法更简便, 材料性能更优异. 目前研究主要集中在通过掺杂提高性能和利用转移法实现不同基底器件的制备. 激光诱导石墨烯自身特有的属性如多孔微纳米结构和大的比表面积等使其在超级电容器和传感器等领域拥有较高的应用价值.     

A sonochemical synthesis of SrTiO3 supported N-doped graphene oxide as a highly efficient electrocatalyst for electrochemical reduction of a chemotherapeutic drug

A sonochemical based green synthesis method playa powerful role in nanomaterials and composite development. In this work, we developed a perovskite type of strontium titanate via sonochemical process. SrTiO₃ particles were incorporated with nitrogen doped graphene oxide through simple ultrasonic irradiation method. The SrTiO₃/NGO was characterized by various analytical methods. The nanocomposite of SrTiO₃/NGO was modified with laser-induced graphene electrode (LIGE). The SrTiO₃/NGO/LIGE was applied for electrochemical sensor towards chemotherapeutic drug detection (nilutamide). Cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV) techniques have been used to examine the electrochemical performance of nilutamide (anti-cancer drug). DPV was found to be more sensitive and found to exhibit a sensitivity 8.627 µA µM⁻¹ cm⁻² for SrTiO₃/NGO/LIGE with a wide linear range (0.02–892 µM) and low Limit of detection (LOD: 1.16 µM). SrTiO₃/NGO/LIGE has been examined for the detection of nilutamide in blood serum and urine samples and obtained a good recovery in the range of 97.2–99.72 %. The enhanced stability and selectivity and practical application results indicates the suitability of SrTiO₃/NGO/LIGE towards the detection of nilutamide drug in pharmaceutical industries.     

Absolute intensity measurements of impurity emissions in a shock tunnel and their consequences for laser-induced fluorescence experiments

Absolute intensity measurements of impurity emissions in a shock tunnel nozzle flow are presented. The impurity emission intensities were measured with a photomultiplier and optical multichannel analyser and calibrated against an intensity standard. The various metallic contaminants were identified and their intensities measured in the spectral regions 290 to 330 nm and 375 to 385 nm. A comparison with calculated fluorescence intensities for predissociated laser-induced fluorescence signals is made. It is found that the emission background is negligible for most fluorescence experiments.This article was processed using Springer-Verlag T_EX Shock Waves macro package 1.0 and the AMS fonts, developed by the American Mathematical Society.     

利用激光诱导击穿光谱原位在线检测褐煤及煤烟

褐煤是我国现阶段的主要用煤,但因为其较低的煤化程度,使用时会产生污染环境的二氧化碳和黑灰,而且烟尘中含有的金属离子会危害人体健康,所以开展对褐煤烟尘的研究非常有意义。而激光诱导击穿光谱技术(LIBS)具有快速、多元素同时分析的特点,适合用于煤烟的原位在线探测。实验制备了含铅浓度不同的三种褐煤样本(O, H, L),其中O为原始无铅样本,利用LIBS对褐煤及煤烟进行原位在线探测。实验仪器主要由激光器,反射镜,聚焦透镜,触发装置,载物平台和分析系统组成。用高纯度铅块校准实验中的的波长漂移。分析了褐煤样本O, H, L的元素成分。发现褐煤O中含有C, Si, Fe, Mg, Al, Ca, Sr, Na等元素,同时检测到空气中的元素N,O,H_α和H_β等,且含铅褐煤光谱中多出了8条铅元素的谱线,最后给出了褐煤中主要元素的光谱鉴别表。然后使用447 nm的连续光点燃褐煤,将1 064 nm的脉冲光聚焦在煤烟上,对褐煤煤烟进行了原位在线检测。发现煤烟中含有Mg, Ca, Al, Sr, Pb等金属离子,说明了褐煤中的一些金属离子会随着煤烟排放到空气中并危害人体健康。经褐煤及煤烟的光谱比较,发现煤烟的信噪比更差,且所有元素的谱线强度都比在褐煤中弱很多,另外发现在烟尘中碳原子谱线的相对强度是所有元素中最高的（无明火）,这说明LIBS可以有效探测CO₂。分析了实验中的CN分子谱,给出了CN分子的具体波长,并利用LIFBASE软件拟合了CN分子的转动温度和振动温度,分别为6 780和7 520 K。最后对样本H和L两种煤烟中的铅浓度进行分析,选取参考线(Ca Ⅱ 363.846 nm)归一化之后比较了铅元素在363.956, 368.346和405.780 nm处的相对强度,发现这三条特征谱线的相对强度与自身实际所含的铅浓度呈很好的线性关系,验证了LIBS技术应用于煤烟中重金属元素半定量分析的可行性。     

Effect of H-atom concentration on soot formation in premixed ethylene/air flames

Soot formation is a major challenge in the development of clean and efficient combustion systems based on hydrocarbon fuels. Fundamental understanding of the reaction mechanism leading to soot formation can be obtained by investigating the role of key reactive species such as atomic hydrogen taking part in soot formation pathways. In this study, two-dimensional laser induced incandescence (LII) measurements using λ?=?1064?nm laser have been used to measure soot volume fraction (f_V) in a series of rich ethylene (C₂H₄)/air flames, stabilized over a McKenna burner fitted with a flame stabilizing metal disc. Moreover, a comparison of UV (λ?=?283?nm), visible (λ?=?532?nm) and IR (λ?=?1064?nm) laser excited LII measurements of soot is discussed. Recently developed, femtosecond two-photon laser-induced fluorescence (fs-TPLIF) technique has been applied for obtaining spatially resolved H-atom concentration ([H]) profiles under the same flame conditions. The structure of the flames has also been determined using hydroxyl radical (OH) planar laser induced fluorescence (PLIF) imaging. The results indicate an inverse dependence of f_V on [H] for a range of C₂H₄/air rich flames up to an equivalence ratio, Φ?=?3.0. Although an absolute relationship between [H] and f_V cannot be easily derived owing to the multiple steps involving H and other intermediate species in soot formation pathways, the present study demonstrates the feasibility to couple [H] and f_V obtained using advanced optical techniques for soot formation studies.     

显微激光诱导击穿光谱技术对低合金钢中Mn的定量检测

采用显微激光诱导击穿光谱技术对低合金钢标准样品进行定量分析,空间分辨率达到20μm,单脉冲检测极限(LoD)为0.10%。根据谱线强度和元素浓度的关系获得Mn元素的基本定标曲线,定标曲线的拟合度系数R~2为0.97,采用去一交互验证法预测了样品中Mn元素的浓度,七个样品的平均预测误差为12.91%,去一交互验证均方根误差为0.11%。采用内标法时定标曲线的拟合度系数R~2为0.99,七个样品的平均预测误差为7.25%,去一交互验证均方根误差为0.07%。实验结果表明显微激光诱导击穿光谱技术能有效应用于物质微区元素的高精度定性、定量分析。     

小波变换基线扣除对激光诱导等离子体温度计算的改善

温度是激光诱导等离子体特性研究最重要的参数之一,为降低光谱连续背景对Boltzmann平面法计算等离子体温度的精密度的影响,利用小波变换对等离子体光谱进行分解,并采用软阈值法对代表光谱基线的低频信号进行扣除。选择合适的小波分解层数L及阈值系数α能有效提高Boltzmann图的线性相关度,即有更高的拟合系数R2,从而提高等离子体温度的计算精密度。对低合金钢样品417~445nm波段LIBS光谱采用db4小波函数进行分解、基线扣除和信号重构,选用12条Fe原子谱线建立Boltzmann图,由Boltzmann图拟合直线的斜率计算得到等离子体温度。对L和α系数进行了优化选择,研究发现,采用8层小波分解时Boltzmann图具有较高的R~2,而α的选择与时延t_d有关,t_d≤4.0μs时,α=0.3可获得最佳R~2值,之后随t_d的增大,α逐渐减小;在t_d≥6.5μs后,α=0,即光谱低频信号被完全扣除,说明基线对光谱特征谱线的干扰随时延的增加逐渐减弱。基线扣除后各时延的等离子体温度降低约2 000~3 000K,温度随时延的增加逐渐降低,与等离子体膨胀过程中温度逐渐下降的物理过程相吻合,且变化过程中的波动变小。