便携式激光诱导击穿光谱仪测定土壤中重金属

土壤重金属污染对农作物生长和人体健康都有严重危害,现场快速检测对土壤重金属污染调查、应急监测具有重要意义。采用自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场快速检测仪对矿区周边土壤进行现场检测分析,以835个不同基质土壤的光谱数据建立定标数据库,通过支持向量机建立回归模型对土壤重金属元素含量进行定量反演。现场检测获取的全波段光谱波动在15%以内,Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn等6种元素光谱强度相对标准偏差平均值为6.31%。将检测结果与实验室电感耦合等离子体质谱法分析对比,6种元素的皮尔逊相关系数r在0.8501~0.9829,检测结果80%以上处于±30%相对误差区间分布。对比结果表明自主研发的土壤重金属激光诱导击穿光谱现场检测仪可以满足现场快速检测需求。

基于能量色散XRF光谱的土壤重金属As与Pb同时定量分析方法

针对能量色散XRF光谱难以实现土壤重金属Pb与As的同时准确定量检测问题,基于Pb元素Lα、Lβ及As元素Kα、Kβ的谱峰特性,提出了一种能量色散XRF光谱土壤重金属As与Pb同时定量分析方法。该方法通过构建不同浓度Pb元素Lα与Lβ特征峰强度关系,根据实测样品Pb元素Lα与As元素Kα重叠峰强度信息,准确解析Pb元素Lα及As元素Kα特征峰强度,基于已建立的定量分析曲线实现土壤样品中Pb与As的准确反演。通过对不同浓度Pb与As共存土壤样品定量检测,相比ICP-MS测量结果,本文方法对20.25~844.84mg·kg-1重金属Pb检测的相对误差在0.86%~11.09%之间,平均相对误差为6.17%;对26.99~825.93mg·kg-1重金属As检测的相对误差在0.10%~14.72%之间,平均相对误差为8.11%,实现了Pb与As共存土壤中Pb与As含量的同时准确定量分析,为发展土壤重金属现场快速XRF精准检测设备提供了方法。

粒径对土壤石油烃荧光特性影响及校正方法研究

采用紫外诱导荧光技术对土壤中石油烃污染物进行检测时,不同粒径土壤会对测量带来较大误差,为了消除土壤粒径(soil particle size,PS)对测量带来的影响,配制3种不同粒径的常见的土壤石油烃污染物(土壤原油、土壤柴油、土壤汽油)样本,搭建紫外诱导荧光检测系统,研究了不同粒径下各类土壤石油烃污染物的荧光特性,构建了土壤石油烃粒径校正方法。结果表明,对于土壤原油、土壤柴油和土壤汽油样本,当样本浓度为4、4和10 g·kg^(-1)时,各类型土壤油类样本的荧光信号与粒径具有良好的线性相关性,相关系数R^(2)分别达到了0.9989、0.9686和0.9045。通过土壤颗粒物吸附模型,对实验结果进行解释分析,建立土壤粒径校正方法,对各类型土壤石油烃样本在不同粒径下的荧光信号进行校正;粒径校正前后3种类型的土壤石油烃荧光强度与浓度的相关系数R^(2)分别由校正前的0.3265、0.0047、0.3298上升到校正后的0.9838、0.9832、0.9533,浓度反演的相对误差(RE)分别为11.02%、5.71%、10.19%。建立的土壤粒径校正方法可以有效地降低土壤粒径对土壤石油烃类污染物荧光强度的影响,为采用紫外诱导荧光技术快速、原位、准确的检测土壤石油烃类污染物提供了理论依据和技术支持。

基于电沉积富集-LIBS的水中Cd元素高灵敏稳定测量研究

针对水体痕量Cd元素的高灵敏稳定检测,基于Al片电沉积富集(ED)结合激光诱导击穿光谱(LIBS)检测的ED-LIBS水中Cd分析方法,实验研究了富集时间、富集电压、导电溶质KCl浓度以及电极表面砂纸打磨对Cd元素富集结果的影响。结果表明,经砂纸打磨Al片电沉积富集后,Cd元素富集稳定性得到提升,同时优化确定的富集电压、富集时间和KCl浓度分别为−2.4 V、1200 s和2 g/L。利用该方法,Cd元素检测限和相对标准偏差分别为0.0021 mg/L和3.30%,满足《生活饮用水卫生标准》指标检测需求,为水体中痕量Cd元素的高灵敏稳定分析提供了有力的检测手段。

激光诱导击穿光谱(LIBS)法微损快速检测党参中Pb

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。

藻细胞显微成像中微流控自动进样分段控制方法

藻细胞显微图像快速自动获取具有重要的应用价值。针对微流控-显微成像技术中样品进样效率与细胞成像质量问题,研究了基于藻细胞通过荧光检测窗口持续时间的样品平均流速检测方法,并提出基于体积流量调节的微流控自动进样分段控制方法。结果表明,进样速度在10~30μL/min范围内,样品平均流速检测误差小于5%;分段控制实现了藻细胞显微图像的高质量自动获取,与显微镜检成像质量基本一致,且样品进样速度提升68%以上。研究结果为藻细胞显微图像高效自动获取提供了有效实用方法。

浮游植物明场与荧光双光路同步成像方法

针对目前浮游植物种类鉴别镜检法中存在的相似形态藻细胞难以区分、同粒径杂质干扰大、藻细胞位置难以定位分割等问题,设计了一种浮游植物明场荧光显微同步成像系统。系统使用高分辨显微成像光路结构、透射式与落射式结合的照明方式和以分光光路为核心的明场荧光双光路同步成像方法,获取浮游植物显微图像下的明场形态信息和色素荧光信息。利用该系统对绿藻门、蓝藻门、硅藻门等不同门类藻种进行明场图像与荧光图像同步成像测试,实验结果表明:系统成像分辨率达1.5μm,成像周期时间为707 ms,系统采集的图片中藻细胞纹理清晰,细胞边缘明显,利用系统中的明场图像并结合荧光图像,可有效定位藻细胞位置,降低样品中杂质对藻种鉴别的影响,丰富浮游植物显微图像信息量,为基于浮游植物显微图像的相关研究提供方法参考。

基于荧光动力学的海洋初级生产力快速原位传感技术

海洋初级生产力(GPP)是海洋生态系统物质循环和能量流动的基础环节,是评价海洋生态环境状况的重要指标之一。传统GPP测量方法操作过程繁琐、测量周期长且时效性差。文中围绕海洋GPP快速监测需求,以叶绿素荧光作为浮游植物光合作用过程探针,研究了多波段可变光脉冲诱导荧光动力学技术,研发了海洋GPP快速原位传感器,并在北极、黄渤海和南海等海域开展了海试应用,获取了我国黄海近海、渤海湾、南海岛礁周边,以及太平洋及北冰洋部分海域表层海水的GPP空间分布情况,为海洋生态环境监测和科学研究提供了大量实时观测数据。海试结果表明,基于多波段可变光脉冲诱导荧光动力学技术能够快速准确地获取GPP,可作为海洋生态环境调查和海洋碳汇评估的先进技术手段。

基于蛋白核小球藻富集-X射线荧光光谱的水体重金属铅快速检测研究

水体重金属铅(Pb)污染对人类健康及水生态环境具有重要影响。为实现水体重金属Pb的现场快速检测,以蛋白核小球藻为吸附剂,开展了基于蛋白核小球藻富集-X射线荧光(XRF)光谱的水体重金属Pb快速检测研究。结果表明:蛋白核小球藻与重金属Pb反应液的pH值为7且反应温度为25℃时,蛋白核小球藻对重金属Pb具有快速高效吸附特性,在反应时间为5 min时对0.0128~0.3535 mg·L^(-1)这一较宽浓度范围内重金属Pb的吸附效率高达92%以上,但对类金属As的吸附效率却低于5%,因此基于蛋白核小球藻的富集作用可以有效避免重金属Pb与类金属As共存时As的Kα最优特征谱峰对XRF光谱测量过程中Pb的Lα最优特征谱峰的干扰与影响;在蛋白核小球藻对重金属Pb的最佳吸附反应条件下,当反应液样品富集量为10 mL时,建立了基于蛋白核小球藻富集-XRF光谱的水体重金属Pb定量检测方法,水体重金属Pb浓度与XRF光谱中Pb的Lα特征谱峰净积分荧光强度间具有良好的线性关系,相关系数r为0.990,检测限为7.2μg·L^(-1),低于我国《地表水环境质量标准(GB 3838—2002)》中Ⅰ类水质标准中重金属Pb的标准限值;采用该方法对合肥市市内派河、匡河、南淝河、四里河及十五里河实际水体水样中重金属Pb进行检测,回收率均在87.84%~115.66%范围内,表明所建立的藻富集与XRF光谱法相结合的水体重金属Pb快速检测方法能够很好地应用于实际水体中重金属Pb的快速分析与检测。该研究为发展水体重金属现场快速监测技术与仪器奠定了方法基础。

基于反渗透膜富集的水体总α/β放射性测量方法及实验

传统水体总α/β放射性检测方法操作复杂且耗时,无法及时报告水体放射性指标。针对这一问题,本文提出基于膜富集技术的水体总α/β放射性检测方法,研发并制造基于该检测方法的设备,研究并确定该系统下膜组件对α和β核素的富集回收率。在实际环境样品测量中,新方法与其他两家采用标准方法的机构总α测量的相对误差分别为3.94%和5.17%;总β测量结果的相对误差分别为2.04%和11.93%。将自主研发的仪器进行为期一个月的外场连续自动检测,结果表明,系统运行稳定,且与标准方法相比制样时间缩短了77%,单个样品检测周期缩短了70%,总α/β检测结果相对误差均小于10%,可以满足连续自动检测的需求。

浮游藻类细胞微流控-显微图像形变校正方法

流式细胞显微图像分析法是水体浮游藻类自动鉴别的重要发展方向,快速进样条件下细胞显微图像将产生形变,影响浮游藻类自动鉴别准确率。本文基于搭建的浮游藻类微流控-显微成像实验系统,通过对不同进样流速下藻类细胞显微形变和图像清晰度的分析,研究了流速对显微成像形变的影响规律。分析基于卷帘快门拍摄运动物体产生形变原理,提出了单向偏移像素的图像形变校正方法,并与藻类细胞静态条件下获取的图像进行了对比分析。实验结果表明:静态条件下,湖生卵囊藻细胞的图像长宽比及清晰度均值分别为1.16和116.53;动态进样过程中,随着流速增大细胞图像形变(长宽比)逐渐增大、清晰度降低;95μL/min进样流速下,校正前后细胞图像长宽比均值分别为1.35和1.26,形变离散程度由校正前的0.33降至0.1,与静态细胞形态接近且校正前后图像清晰度基本不变。本文研究结果为提升水体浮游藻类细胞自动鉴别准确率提供了依据。

不同水体中溶解有机物的荧光光谱特性研究

用激光诱导荧光(laserinducedfluorescence,LIF)方法对几种不同水体中溶解有机物(dissolvedorganicmatter,DOM)的荧光光谱进行了测量和分析,给出了不同浓度腐殖酸的归一化荧光强度与浓度的关系。结果表明,可用此种方法进行有效的水体质量监测。

利用特征光谱荧光标记与高斯拟合分析水体中有机物的特性

讨论了一种自然水体中有机物的快速分析方法,以激光诱导荧光(LIF)方法测量了水体的总荧光光谱(TLS);利用特征光谱荧光标记(SFS)技术对水体中溶解有机物(DOM)及叶绿素a(Chl a)的荧光光谱进行了正确的指认和提取。以最小二乘法-Gaussian拟合对水体的TLS进行了拟合,可有效地分离出拉曼散射及荧光光谱,拟合的相关系数优于0·9964。结果表明,通过在TLS中利用SFS技术正确的指认特定污染物,并以Gaussian拟合进行有效地提取,可以进行水体污染物的快速、实时和在线监测。

水体溶解有机物的激光诱导荧光与浊度的激光散射实验研究

以Nd:YAG的二倍频532nm激光为激发光源,用激光诱导荧光(LIF)方法对几种不同水体中溶解有机物(DOM)和叶绿素a(Chla)的荧光光谱进行了测量和分析;并以水体对532nm激发光的散射进行了水体浊度特性的研究,给出了散射光强度与浊度的关系曲线;研究结果表明,用此种方法测量水体浊度和污染物浓度可对水体质量进行有效的监测。

激光诱导水体中DOM的荧光猝灭特性分析

以355 nm激光为激发光源,在实验室中用激光诱导荧光(LIF)方法以不同浓度的腐殖酸为测量样品研究了水体中溶解有机物(DOM)的荧光猝灭特性。研究表明,随着腐殖酸浓度的增加,水拉曼散射强度逐渐减弱,当浓度为40 mg.L-1时,水拉曼散射信号几乎完全被DOM的荧光基态分子所吸收,而DOM的荧光强度随着浓度的增加,先是线性增加,当浓度为16 mg.L-1时,荧光强度达到最大,再继续增加腐殖酸浓度,荧光强度则缓慢降低。因此,通过对不同浓度下腐殖酸荧光猝灭特性的分析,可以更加有效的实现水体中DOM浓度的探测。

水体中溶解有机物的特性与测量

系统评述了水体中溶解有机物的特性及测量方法。介绍了水体中溶解有机物的研究概况,指出了开展水体中溶解有机物定量监测的必要性;详述了水体中溶解有机物的激光诱导荧光测量方法、对水体中有机物荧光光谱进行分析的特征光谱荧光标记技术和荧光强度归一化处理技术,以及利用激光诱导荧光方法测量水体中溶解有机物浓度的标定方法;综述了多种因素对利用激光诱导荧光方法测量的影响。

激光诱导击穿光谱技术研究进展

激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术是一种基于原子发射光谱的物质成分分析技术,具有无需样品预处理、快速、多元素同时测量等特点;国内外研究人员在环境监测、工业过程控制、空间探测等多个领域均开展了大量研究工作,已形成较为完善的理论方法体系;在技术设备开发方面虽取得一定进展,但也存在诸多技术应用难题。综述了现阶段LIBS技术主要研究进展,重点包括光谱获取技术、光谱增强方法、元素识别,及定量分析方法等,分析了LIBS仪器开发现状与存在的问题,为进一步发展LIBS技术的实用化提供参考.

水体中溶解有机物的荧光光谱特性分析

以355 nm激光为激发光源,在实验室中利用激光诱导荧光(LIF)方法对不同水体中溶解有机物(DOM)的荧光光谱进行了测量,并以最小二乘法-高斯拟合对水体荧光光谱进行了拟合,解卷积得出了水喇曼散射谱及DOM的荧光光谱.在改变激发光脉冲强度的条件下,以一定浓度腐殖酸溶液为测量样品分析了DOM的荧光饱和特性.结果表明,随着激发光功率密度的增加,水喇曼散射强度线性增加,而DOM的荧光强度随着激发光功率密度的增加先是线性增加,此时归一化荧光强度为一恒定值.当激发光功率密度大于55 mW/cm2时,荧光强度增加缓慢,归一化荧光强度则逐渐降低.研究发现,在有机物浓度较高时,出现了激发态分子间的单重态-单重态猝灭,并且在低浓度情况下,随着有机物浓度的增加,出现了有机物荧光峰值强度位置的红移并伴有波形的展宽.

激光诱导水体频率上转换的荧光发射

用Nd:YAG的二倍频532 nm激光对几种不同水体的激光诱导荧光(LIF)光谱进行了测量,利用特征光谱荧光标记(SFS)技术指认出水体中溶解有机物(DOM)、叶绿素a(Chl a)及类胡萝卜素等物质的特征光谱带。指出在455 nm波长处具有较大强度的荧光峰是附属色素中抗氧化作用的类胡萝卜素(PPC)的贡献。提出了激光诱导PPC荧光频率上转换发射的动力学模型。

一种新颖钛宝石激光器电源电路

介绍了一种灯抽运钛宝石激光器电源充放电电路。利用脉冲能量进行变压器升压式充电 ,用磁脉冲压缩开关替代了传统灯抽运钛宝石激光器电源中的放电开关闸流管 ,并对整个电路的工作过程进行了分析。