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。

血清相关因子水平变化与寻常型银屑病患者PASI评分关系及临床意义

目的探讨血清血管生成素样蛋白2(ANGPT2)、人软骨糖蛋白39(YKL-40)、血管内皮细胞钙黏蛋白(VE-cadherin)水平变化与寻常型银屑病患者银屑病皮损面积及严重程度指数(PASI)评分关系及临床意义。方法选取2021年2月-2023年2月我院收治的85例(发作期)寻常型银屑病患者为病例组,同期85例健康体检者为对照组。比较2组入院时血清ANGPT2、YKL-40、VE-cadherin水平,分析其与PASI评分、疾病分期的相关性;比较不同病情程度及不同分期患者入院时血清各指标水平,ROC进行效能分析。结果入院时病例组血清ANGPT2、YKL-40、VE-cadherin水平高于对照组,血清ANGPT2、YKL-40、VE-cadherin与PASI评分、疾病分期呈正相关(P<0.05);入院时不同病情程度、不同分期患者血清ANGPT2、YKL-40、VE-cadherin水平比较,重度>中度>轻度,活动期患者>稳定期患者(P<0.05);血清ANGPT2、YKL-40、VE-cadherin联合诊断活动期寻常型银屑病的AUC大于各指标单独诊断。结论血清ANGPT2、YKL-40、VE-cadherin在寻常型银屑病发病中起重要作用且与PASI评分呈正相关,对银屑病的诊断及病情判定具重要指导意义。

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。

2.94μm Er:YAG电光调Q激光器及应用研究

随着2.94μm激光在医学中的应用日益广泛,控制工作激光参数提高医疗安全性能显得尤为重要,对工作的激光进行调Q是很有必要的。介绍了利用双布儒斯特角切割的LiNbO_3晶体作为电光Q开关的Er:YAG调Q激光器,在工作频率5 Hz,脉冲泵浦能量92 J条件下,获得了脉宽103～110 ns,能量达到87 mJ的调Q脉冲激光输出。并分别在静态和调Q模式下对龋牙进行了窝洞制样,利用扫描电子显微镜对样本扫描,对比显示调Q激光制样的效果更好。

淮河流域某镇农业土壤重金属含量特征及污染评价

通过野外采样和实验室分析,对淮河流域某镇农业土壤中Cd,Cr,Cu,Ni,Pb和Zn等六种重金属的含量特征进行了研究,并利用富集因子法、地累积指数法和潜在生态风险指数法对各种重金属的污染状况进行了评价。结果表明,研究区农田土壤中Cd和Cu的质量分数平均值分别为0.113 5和22.09mg·kg-1,超过了安徽省土壤重金属背景值0.097和20.4mg·kg-1,其余四种重金属的平均值均未超过安徽省土壤重金属背景值。地累积指数法和潜在生态风险指数法的评价结果一致表明,研究区域土壤中六种重金属污染程度最强的为重金属Cd,部分采样点土壤中的Cd对于生态系统存在轻微的风险,其他五种重金属均未对采样点生态系统造成风险。整个研究区域土壤属于轻度综合潜在生态风险程度。

石墨富集方式下水中Cr元素的LIBS检测

为了在石墨富集的方式下测量并分析水中Cr元素的激光诱导击穿光谱特性,利用Nd∶YAG脉冲激光器作为激发光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为光信号分离和探测器件,以Cr元素的425.435nm谱线作为分析线,研究了水中Cr元素的时间衰减特性。结果表明,最佳延时时间为1100ns,最佳门宽为1800ns,通过对具有不同Cr元素含量的样品的测量,给出了Cr元素的定标曲线,并最终计算取得Cr元素的检出限为0.520mg/L。这一结果为激光诱导击穿光谱应用于水中Cr元素的快速检测提供了数据参考。

水体痕量重金属Ni的激光诱导击穿光谱测量研究

以1 064nm波长Nd∶YAG脉冲激光为激发光源,采用高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和ICCD为谱线分离与探测器件,实验研究了水体中痕量镍元素的激光诱导等离子体光谱发射特性和检测限;为了延长水体中金属元素的激光等离子体光谱发射时间、提高光谱检测灵敏度并减小ns激光作用下水滴溅射的影响,实验中以固体圆饼状石墨块为样品基体进行元素富集,通过在基体表面固定区域滴定固定量的已知不同浓度的硝酸镍溶液,烘干并制备待测样品。研究表明,镍的最佳探测延迟时间在700ns左右,元素谱线强度随着样品浓度的增加而增大并在较低浓度下呈现良好的线性关系,计算得到水体中Ni元素的痕量检测限为0.28,研究结果为进一步开展水体痕量重金属的激光诱导击穿光谱测量提供了方法。

单脉冲和再加热正交双脉冲激光诱导击穿光谱对比研究

为了提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)的检测灵敏度和辐射光谱特性,采用再加热正交双脉冲结构对样品中的4种元素Fe,Pb,Ca和Mg以及含有不同浓度重金属元素Cr的土壤样品进行分析。研究了4条特征谱线FeⅠ:404.581nm,PbⅠ:405.78nm,CaⅠ:422.67nm和MgⅠ:518.361nm的光谱强度和信背比随两激光脉冲之间时间间隔的变化关系,获得了两激光脉冲之间最佳的时间间隔为1.0μs。在单脉冲和双脉冲条件下,得到了4条特征谱线FeⅠ:404.581nm,PbⅠ:405.78nm,CaⅠ:422.67nm和MgⅠ:518.361nm光谱强度的增强倍数分别为2.23,2.31,2.42和2.10;分析了特征谱线FeⅠ:404.581nm和CaⅠ:422.67nm谱线强度随时间的演化特性以及4条特征谱线信背比随光谱采集延时的变化关系,双脉冲能有效延长光谱强度的衰减时间以及提高特征谱线的信背比;比较分析了等离子体温度和电子密度随时间的演化特性,在双脉冲条件下,等离子体温度最大升高了730K,电子密度最大增加了1.8×1016 cm-3。单脉冲和双脉冲条件下获得重金属元素Cr的检测限分别为38和20μg·g^(-1),再加热正交双脉冲技术使元素检测限下降近2倍。以上结果表明:再加热正交双脉冲能有效地提升LIBS技术的检测灵敏度和光谱特性,为进一步降低元素的检测限提供了有效的方法。

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.

阻尼最小二乘法用于激光诱导击穿光谱重叠特征谱线分离提取

近年来,激光诱导击穿广谱技术发展迅速。作为一种用于物质成分探测的新技术,它具有简单、快速、无需复杂样品制备、多种元素同时检测等优点,可实现待测样品物质成分现场、在线的检测,在很多领域都极具应用前景。激光诱导击穿光谱特征谱线的分离拟合提取是光谱特征识别与后续元素浓度定量反演研究的基础。为实现激光诱导击穿光谱重叠特征谱线的有效分离拟合提取,采用阻尼最小二乘法,分析并确定了迭代前的初始拟合参数值,实现了在重叠特征谱线情况下对某火力发电厂粉煤灰中的铬元素特征谱线的分离提取。阻尼最小二乘法基于高斯-牛顿迭代,在迭代步长中引入阻尼因子,在迭代的过程中根据每一步迭代后所反馈的信息动态的调整迭代步长,从而有效防止了迭代的发散,保证了迭代的快速收敛,最终使得元素特征谱线拟合提取的效果更佳、所得到的特征谱线强度值更准确。分别采用阻尼最小二乘法和最小二乘法对不同浓度的样品中铬元素特征谱线进行分离拟合提取并给出特征谱线的强度值,作出特征谱线强度值关于元素浓度的定标曲线并对比两种方法所得结果的线性相关性。结果表明,阻尼最小二乘法所得结果的线性相关性更高,该方法稳定、可靠,适用于激光诱导击穿光谱重叠特征谱线的分离拟合提取。

LD泵浦5 kHz电光调Q的Nd:YVO_4激光器

本文描述了连续二极管激光器(LD)端面泵浦Nd:YVO4晶体,在200-5000 Hz电光调Q的情况下,激光输出特性的研究。当二极管输入电流在25 A(约10 W),电光Q开关重复率为1 kHz时,1064 nm激光的平均输出功率为160 mW,脉宽为20 ns。并对实验结果进行了分析和讨论。

355nm纳秒激光作用下荧蒽的时间分辨荧光光谱特征

多环芳烃由于具有三致(致癌、致畸、致突变)特性,其在环境中的检测受到人们广泛关注。利用时间分辨光谱技术,研究了荧蒽乙醇溶液的荧光光谱随延时时间和门宽改变的特性。研究了不同浓度荧蒽的时间分辨荧光光谱特性,以原始浓度的荧蒽为初始溶液,通过逐级稀释的方式,最终将原始溶液稀释16倍,拟合了不同稀释倍数下的荧蒽荧光强度衰减随延时时间变化的动力学曲线,得到了不同浓度荧蒽的拟合荧光寿命。研究结果表明,荧蒽的荧光光谱特性与光谱仪探测器延时时间和门宽宽度密切相关。固定延时时间,随着光谱仪门宽宽度的变化,荧蒽的荧光强度随着门宽的增大而逐渐增强。固定门宽,改变延时时间的过程中,荧蒽的荧光强度随延时时间呈现先增大,后减小的趋势。荧蒽的荧光强度随延时时间的衰减过程符合指数衰减过程,将荧蒽乙醇溶液进行逐级稀释,荧蒽荧光强度与延时时间的衰减进行指数拟合后,得到不同稀释倍数的荧蒽乙醇溶液的衰减动力学参数,随着稀释倍数的增大,拟合得到的荧蒽荧光寿命增大。多环芳烃时间分辨光谱特征的研究,可以为环境中多环芳烃的检测提供技术基础,由于不同荧光物质具有特征的荧光寿命,因此,可以利用多环芳烃与环境中其他荧光物质的不同荧光寿命特性,准确识别环境中的多环芳烃污染物。

激光诱导击穿光谱结合标准加入法定量分析未知样品中铅含量

利用激光诱导击穿光谱结合标准加入法定量分析了铅蓄电池厂含铅污泥中重金属铅元素含量,标准加入法有效避免了外标法与内标法制作标准曲线时基质不同对LIBS检测结果的影响,且样品处理过程简单。实验采用中心波长为1 064nm的Nd∶YAG脉冲激光器作为激发光源,以高分辨率、宽光谱段的中阶梯光栅光谱仪和增强型电荷耦合器件为谱线分离与探测器件,选取铅的PbⅠ：405.78nm特征谱线作为分析线,以FeⅠ：404.58nm特征谱线作为内标线进行结果计算。预实验确定较佳的实验条件后（激光脉冲能量：128.5mJ,延时：2.5μs,门宽：3μs）,对铅蓄电池厂的未知铅泥样品中铅元素进行定量分析,结果表明加入铅在0~25 000mg·kg^-1范围内谱线不会产生自吸收,PbⅠ：405.78nm信号强度与铅加入量呈很好的线性关系,由此确定合适的铅加入量为0~25 000mg·kg^-1。在此基础上配制四个样品,基质均为铅蓄电池厂含铅污泥,加入铅浓度分别为5 000,10 000,15 000,20 000mg·kg^-1,每个样品设置三个平行样,验证实验重复性及可靠性,并与ICP-MS检测结果对比,结果直线外推误差为-14.8%。12个样品单次计算结果误差介于为-24.6%~17.6%之间,含铅量平均值为43 069mg·kg^-1,相对误差为-2.44%。

基于电极富集的水体重金属LIBS检测灵敏度研究

为了提高水体重金属LIBS检测的灵敏度以及降低元素检测限,采用LIBS结合铝电极富集方法对水体中的重金属Pb,Cd,Ni进行了分析。研究并优化了电极富集方法中关键参数—富集电压U,分析了LIBS特征谱线的光谱强度与富集电压大小之间的关系,得出重金属元素特征光强随着富集电压先增加后减小,在1.2 V处光谱强度达到最大值,选择了最优富集电压值为1.2 V。研究了Pb,Cd,Ni三种重金属元素的光谱稳定性,其特征谱线光谱强度的相对标准偏差(RSD)分别为5.98%,4.25,%和5.27%,说明该实验方法得到的谱线具有较高的稳定性。在0~0.13 mg·L^(-1)范围内配制系列样品进行实验并对元素进行定量分析,得到Pb,Cd,Ni三种重金属元素的检测限分别为1.2,3.1和1.7 ppb。结果表明:LIBS结合铝电极富集方法能够有效地提高特征谱线的稳定性以及降低元素的检测限,为提高水体重金属LIBS的检测灵敏度和分析能力提供了方法支持。

小波变换的EDXRF光谱金属组分特征峰位置识别

主要研究X射线荧光光谱金属组分特征谱位置的确定。依据不同金属组分的特征谱特性,分析了特征谱的选取规律,在奇异值分析理论和模极大值理论的基础上,分析了基于特征谱小波分解系数的模极大值提取方法,在不同分解尺度下的特点及其传播特性,提出了基于模极大值传播的区间特征峰筛选方法,并对实际测量光谱进行了实验分析。结果表明:利用bior4.4小波作为基函数对实验测量的全能谱数据进行4层小波变换,利用模极大值传播特性,可以消除全能谱上叠加的部分噪声对光谱分析造成的阶跃影响;为提高特征峰的位置识别概率,对小波变换中小于给定阈值的分解系数进行压缩,将实验获取的X射线荧光全能谱第4层小波分解系数直接进行特征峰识别,得到的677个峰值位置,压缩到186个;在此基础上,再采用模极大值传播的区间特征峰筛选方法,筛选区间初始值设置为600eV,经识别得到的特征峰峰值位置仅为27个,识别准确率得到有效提高。

基于光诱导荧光技术的浮游植物光合作用活性原位测量方法

根据浮游植物在不同光照下的荧光诱导特性,研究了叶绿素荧光作为浮游植物光合作用探针的特点,提出了原位测量活体叶绿素荧光值Ft和Fm获取浮游植物光合作用活性的方法。以淡水湖泊浮游植物中的普通小球藻、铜绿微囊藻和梅尼小环藻为实验对象,将原位测量方法得到的数据和实验室水样荧光仪的测试结果进行对比分析,结果表明:普通小球藻、梅尼小环藻和铜绿微囊藻的两组测试结果之间的相关系数分别为0.977 8,0.867 8和0.776 8,研究为进一步实现水体浮游植物光合作用活性的快速连续原位测量提供了方法。

电磁感应加热技术在水体重金属快速石墨富集中的应用

针对激光诱导击穿光谱技术用于水体重金属连续、自动、快速、高灵敏监测中的需求,以石墨为富集基体,采用电磁感应加热技术实现了样品的快速加热与富集,并研究了基于降温斜率的烘干判断方法。实验中以设定140℃判定定时2 s为例,测得从室温上升到140℃用时30 s,温度的误差范围为-5^+3℃,基于降温斜率准确判断了富集完成状态。研究结果表明,采用电磁感应加热技术结合基于降温斜率的富集完成判断方法可以有效实现被测样品的快速加热和准确烘干判断。