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基于荧光光镊与机器学习的单细胞血液分类方法
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作者 周哲海 熊涛 +2 位作者 赵爽 张帆 朱桂贤 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1081-1087,共7页
利用物种间血液成分的差异来识别物种,对生物医学、医疗健康、海关、刑侦、食品安全、野生动物保护等工作十分重要。但目前的研究都是针对群体细胞展开,忽略了单细胞的异质性,开展基于单细胞的血液光谱分类方法研究非常迫切。在此提出... 利用物种间血液成分的差异来识别物种,对生物医学、医疗健康、海关、刑侦、食品安全、野生动物保护等工作十分重要。但目前的研究都是针对群体细胞展开,忽略了单细胞的异质性,开展基于单细胞的血液光谱分类方法研究非常迫切。在此提出了一种基于荧光光镊和机器学习的单细胞血液分类方法,利用光镊实现了单细胞捕获,通过荧光光谱检测系统获得了单细胞荧光光谱数据,并基于机器学习方法实现了准确分类。首先,设计并搭建了一套荧光光镊系统,实现了单细胞捕获和荧光光谱检测。然后,制备了马、猪、犬、鸡四种动物的红细胞稀释液,以440 nm激光作为荧光激发光源,获得了四个物种每种100条、共计400条荧光光谱数据,并进行了背景去除、平滑、归一化的预处理,消除了信号中的噪声干扰。随后,建立了随机森林分类模型,分析了当抽取特征数k=20时,模型中树的棵数与预测准确率之间的关系,当决策树m=500时,分类正确率趋于稳定,有很高的分类正确率和运行效率。进一步地,设定样本数据的30%作为测试集、70%为训练集,计算不同波长与特征重要性之间的关系,得到了10个分类准确率,并取平均值作为模型分类的准确率,测试集最终准确率达到93.1%,方差为0.31%。最后,计算了混淆矩阵,对模型预测精度进行了评价,鸡的分类正确率最高,马的分类正确率最低。分析表明,对分类有重要贡献的物质分别是卟啉类物质、血红素和黄素腺嘌呤二核苷酸。总之,研究表明,将荧光光镊与机器学习方法相结合,可实现单细胞水平的血液分类,较高的分类正确率验证了这种方法的可行性和有效性。同时,该方法不需要过多样品就能满足建模需求,避免了因浓度低带来的荧光自吸收强度过低等问题,具有快速、准确分类的优点,具有非常重要的潜在应用价值。 展开更多
关键词 血液分类 荧光光镊 机器学习 单细胞 随机森林分类模型
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基于激光诱导击穿光谱与半监督学习的煤质定量分析研究 被引量:1
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作者 王安 崔佳诚 +3 位作者 宋惟然 侯宗余 陈祥 陈斐 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1940-1945,共6页
激光诱导击穿光谱(LIBS)是一项新兴的原子光谱分析技术,具有无需复杂样品制备,快速、原位、多元素同时测量等优点,在煤质分析领域展现出良好的应用前景。近年来,化学计量学和机器学习模型被广泛用于煤质分析。而这些模型通常依赖于一定... 激光诱导击穿光谱(LIBS)是一项新兴的原子光谱分析技术,具有无需复杂样品制备,快速、原位、多元素同时测量等优点,在煤质分析领域展现出良好的应用前景。近年来,化学计量学和机器学习模型被广泛用于煤质分析。而这些模型通常依赖于一定数量的训练样本来确保分析结果的精度和可靠性。由于获取煤样的真实的成分含量信息(标签)需要复杂、耗时的化学分析,训练样本数量不足,导致模型性能欠佳。针对小样本情况下基于LIBS技术的煤质分析,提出了多模型集成的半监督学习方法提升定量分析性能。首先根据初始训练集建立5个基线模型,包括多元线性回归(MLR)、偏最小二乘回归(PLSR)、局部加权偏最小二乘回归(LW-PLSR)、支持向量回归(SVR)、核极限学习机(K-ELM);利用5个模型处理无标签数据,得到5组预测值;对于每个无标签样本,计算5个预测值的标准差,并将最小标准差对应的无标签样本加入训练集,其伪标签为5个预测值的平均值;通过迭代循环来扩充训练集,并更新、优化训练模型;最后对测试样本进行分析。提出的方法在LIBS煤质分析数据集上进行了测试,包含20个训练样本、39个测试样本、280个无标签样本。结果表明,提出的半监督学习方法将固定碳、灰分、挥发分含量的预测拟合系数(R^(2))分别提高了0.033、0.102和0.118。在训练样本数量不足的条件下,半监督学习能够有效提升了LIBS定量化模型的准确度和可靠性。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 半监督学习 煤炭 定量分析
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基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的煤灰熔点快速检测 被引量:1
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作者 鄢嘉懿 王艺陶 李燕 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期191-196,共6页
由于劣质煤的存在,燃煤时锅炉内极易出现结渣问题,不仅降低了煤的利用率、电厂的经济效益,且使火电厂存在安全隐患,如管壁超温爆管等,不符合国家节能减排的发展战略要求。因此炉内结渣是影响火电机组和气化工艺可靠运行的关键因素之一,... 由于劣质煤的存在,燃煤时锅炉内极易出现结渣问题,不仅降低了煤的利用率、电厂的经济效益,且使火电厂存在安全隐患,如管壁超温爆管等,不符合国家节能减排的发展战略要求。因此炉内结渣是影响火电机组和气化工艺可靠运行的关键因素之一,准确预测灰熔点可以提前调整炉膛出口温度以避免结渣。采用激光诱导击穿光谱仪(LIBS)对33个火电厂常用煤燃烧后得到的煤灰样品采集其中所有元素的光谱,分别建立煤灰中的所有元素的谱线强度与煤灰熔点的随机森林模型、支持向量机回归模型和线性回归模型,直接预测煤灰熔点温度。采用基于马氏距离(MD)的异常数据剔除算法和基于稀疏矩阵的基线估计与降噪算法(BEADS),对粉煤灰样的全光谱数据进行了预处理。将全部数据划分为70%训练集和30%测试集,并以平均相对误差(MRE)作为判断模型拟合程度的标准,其中随机森林模型对粉煤灰熔点的预测平均相对误差(MRE)为54.74%,支持向量机回归模型的预测平均相对误差为60.08%,而线性回归模型的预测平均相对误差达到了9.78%。研究结果表明,线性回归模型对煤灰熔点的预测结果更准确。将便携式LIBS光谱仪与机器学习算法相结合,用于煤灰熔点的快速检测,可有效避免锅炉结渣问题,实现火电厂安全性和经济效益的同步提高,有广阔的发展前景。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 粉煤灰 灰熔点 随机森林模型 支持向量机 线性回归
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地外样品的核分析技术研究进展
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作者 姚永刚 王唯 +6 位作者 赵梁 许小雨 肖才锦 李玉庆 李天富 郭冰 陈东风 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第11期1506-1516,共11页
地外样品是目前能获取到的来自其他天体的最直接地质证据。研究地外样品的目的在于揭示太阳系及其所含天体的宏观与微观演化过程,并为行星与星际环境和星际移民与外星生命的可能性提供新的见解。地外样品成分的原位或地面实验室精细分... 地外样品是目前能获取到的来自其他天体的最直接地质证据。研究地外样品的目的在于揭示太阳系及其所含天体的宏观与微观演化过程,并为行星与星际环境和星际移民与外星生命的可能性提供新的见解。地外样品成分的原位或地面实验室精细分析研究对于人类认识天体演化以及我国后续月球探测与资源就地开发利用具有重要的意义。鉴于地外样品的特殊和珍贵,通常优先选用非破坏分析方法对其开展研究。而核分析技术是在实验核物理和核化学基础上发展起来的一门新型学科,是利用粒子与物质的相互作用、辐射效应、核谱学和核效应等基本原理和实验的方法,比如中子活化分析、离子束分析以及X射线荧光光谱分析等,利用其非破坏性、灵敏度高、准确度好和多元素同时分析等优点,非常适合开展地外珍贵样品的分析研究。未来十年是我国深空探测的关键时期,其主要目标是加深对宇宙的认知、拓展人类的活动空间、探寻地外生命信息,并进一步揭示宇宙奥秘与生命起源、了解保护地球以及激发科学探索精神。核分析技术作为对样品无损分析的科学手段,其生命力在于与物理、化学、材料、医学、地质、环境等学科领域的高度融合。随着我国深空探测的发展需求,核分析技术将会在我国月球、小行星、火星等深空探测以及采集的珍贵样品分析中发挥重要的作用。 展开更多
关键词 核分析技术 深空探测 加速器质谱 穆斯堡尔谱 固体核径迹
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氩气环境对激光诱导击穿光谱法检测钢中C、P、S元素的影响研究
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作者 张佳伟 吴东升 +2 位作者 周洋 李洋 孙兰香 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期2834-2839,共6页
激光诱导击穿光谱技术在实现钢水成分在线分析上展现了强大的应用潜力。然而,在测量钢中非常重要的C、P、S组成元素时,由于其有效的发射谱线无法在空气中远距离传输,这些元素的探测一直是个挑战。该论文工作研究了在1.5 m长探枪下,探枪... 激光诱导击穿光谱技术在实现钢水成分在线分析上展现了强大的应用潜力。然而,在测量钢中非常重要的C、P、S组成元素时,由于其有效的发射谱线无法在空气中远距离传输,这些元素的探测一直是个挑战。该论文工作研究了在1.5 m长探枪下,探枪中氩气环境对检测钢中C、P、S元素的影响规律,发现氩气流量过大或过小都不利于光谱测量,在气流量设置为11 L·min^(-1)时,获得的光谱最稳定且谱线强度最大。使用14个标准钢样本,在最优气流量下对C、P、S三种元素实现了明显检出以及定量分析。通过内标标定后,三种元素获得的检出限(LOD)分别为0.009%、0.04%、0.015%,相对标准偏差(RSD)分别为2.34%、1.05%、1.01%,相关系数(R)分别为0.998、0.997、0.987,均方根误差(RMSE)分别为0.02%、0.02%、0.03%。该论文研究成果验证了该探枪设计的有效性,为实现钢水成分中C、P、S在线分析提供了重要的设计依据。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 真空紫外光谱 长距离 氩气流量 元素检测
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新型云定位TDLAS技术激光甲烷测量平台
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作者 贾鹿 石国伟 +3 位作者 程建鹏 李广亚 胡顺全 曾文 《石油与天然气化工》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期120-126,共7页
目的石油与天然气在生产、存储、运输等过程中进行甲烷的动态监测与预警十分关键,现有的激光甲烷测量装置在测量甲烷体积分数时无法同时对其进行定位,研究设计了一种新型云定位激光甲烷测量平台以解决此问题。方法首先分析了激光甲烷检... 目的石油与天然气在生产、存储、运输等过程中进行甲烷的动态监测与预警十分关键,现有的激光甲烷测量装置在测量甲烷体积分数时无法同时对其进行定位,研究设计了一种新型云定位激光甲烷测量平台以解决此问题。方法首先分析了激光甲烷检测及其定位原理,然后利用调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)技术完成新型云定位激光甲烷测量平台的软硬件设计,最后对测量平台进行了甲烷标气测试和定位现场测试。结果测量平台对不同柱密度值的甲烷标准气体测量的最大相对误差为3.6%,重复性相对标准偏差小于1.88%,经度和纬度最大误差分别为1″和2″,有效监测距离为150 m。结论新型云定位激光甲烷测量平台具有较好的准确性和稳定性,可以应用于燃气安全现场巡检。 展开更多
关键词 云定位 激光检测 TDLAS技术 燃气泄漏 甲烷测量
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基于微焦级高重频激光诱导击穿光谱的铜合金分类方法研究
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作者 曲东明 张子怡 +2 位作者 梁俊轩 廖海文 杨光 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3222-3227,共6页
针对废弃铜合金回收分类的工业应用场景,采用基于微焦级高重频激光诱导击穿光谱技术(MH-LIBS)结合人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)两种机器学习算法,分别对定点模式和运动模式下采集的7种铜合金样品(H59、H62、H70、H85、H96、HPb5... 针对废弃铜合金回收分类的工业应用场景,采用基于微焦级高重频激光诱导击穿光谱技术(MH-LIBS)结合人工神经网络(ANN)和支持向量机(SVM)两种机器学习算法,分别对定点模式和运动模式下采集的7种铜合金样品(H59、H62、H70、H85、H96、HPb59-1、HPb62)进行分类识别。结果显示,ANN和SVM对于定点模式下采集的铜合金能够实现100%精确分类,而对于运动模式下采集铜合金的分类精度分别为100%和99.86%。由此可见,微焦级高重频激光诱导击穿光谱系统结合机器学习算法能够实现铜合金的精细分类,适合应用于废弃铜合金的现场快速分析。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 人工神经网络 支持向量机 铜合金
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卤素离子对NELIBS信号的影响研究
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作者 孙亚楼 吴柯岩 +2 位作者 李智凡 沈洁 王健 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期411-415,共5页
为了提高激光诱导击穿光谱(LIBS)的检测灵敏度,研究了不同种类、不同浓度的卤素离子对LIBS信号增强程度的影响。根据实验条件和吸收光谱信息筛选合适尺寸的银纳米颗粒,两亲性分子十二烷基硫酸钠(SDS)提供粘性力,硅片作为基底,引入卤素... 为了提高激光诱导击穿光谱(LIBS)的检测灵敏度,研究了不同种类、不同浓度的卤素离子对LIBS信号增强程度的影响。根据实验条件和吸收光谱信息筛选合适尺寸的银纳米颗粒,两亲性分子十二烷基硫酸钠(SDS)提供粘性力,硅片作为基底,引入卤素离子与纳米银溶胶反应诱导纳米颗粒发生聚集。结果表明,卤素阴离子可以有效地诱导纳米银颗粒聚集,且卤素阴离子的加入可以显著增强目标元素MgⅠ382.9 nm,383.2nm和383.8 nm的LIBS信号,Mg的检测限提升到μg/L量级;不同种类卤素离子对纳米颗粒增强LIBS(NELIBS)信号增强的作用,即F->Cl->Br->I-。此结果说明卤素阴离子诱导的纳米颗粒团聚现象可以有效增强LIBS信号强度,能够实现液体中元素Mg的检测分析,满足现代分析技术的新要求。 展开更多
关键词 光谱学 激光诱导击穿光谱 纳米颗粒 卤素阴离子
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高重频激光诱导击穿光谱结合卷积神经网络的岩石岩性分析研究
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作者 杨妙 战晔 +1 位作者 付钰婷 杨光 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期553-564,共12页
地质分析能为地质资源勘探提供重要的信息和依据。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是一种快速、准确和原位的岩石分析判别方法。将高重频LIBS技术应用于岩石样品的岩性分析,再结合卷积神经网络(CNN)模型进行分类,不仅解决了传统大能量单脉... 地质分析能为地质资源勘探提供重要的信息和依据。激光诱导击穿光谱(LIBS)技术是一种快速、准确和原位的岩石分析判别方法。将高重频LIBS技术应用于岩石样品的岩性分析,再结合卷积神经网络(CNN)模型进行分类,不仅解决了传统大能量单脉冲激光器体积大、重量沉等问题,还克服了机器学习需要人为调整参数的不足,同时也顺应LIBS技术逐渐向着便携化、小型化、精确化以及智能化的发展趋势。本研究利用高重频LIBS实验平台对岩石压片样品进行光谱采集,根据岩石的产地和岩性,将岩石样品分为5类和9类,结合1D-CNN和ResNet34卷积神经网络模型对岩石进行分类识别。研究结果表明,针对两种样品分类情况,平均分类识别准确率分别达到99.43%和97.14%,高重频LIBS与CNN模型结合可以实现良好的岩石分类结果。最后基于MATLAB App Designer开发了用于岩石岩性分析的系统软件,实现了对岩石的快速分类,提高了地质勘查效率。 展开更多
关键词 光谱学 岩石分类 高重频激光诱导击穿光谱 卷积神经网络
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激光散射法在线测定餐饮业油烟浓度的研究
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作者 李金莹 胡跃城 +6 位作者 丁万生 李捷 田红兵 李德安 徐军 刘琦 谢元壮 《分析仪器》 CAS 2024年第1期63-67,共5页
通过实验室测试研究发现激光散射法在线测定油烟浓度的检出限为0.1mg/m^(3),可适合低油烟浓度场合测试;对实验室内3种油烟浓度(0.5mg/m^(3)、1mg/m^(3)、4mg/m^(3))测定的精密度分别为3.19%~6.47%,9.00%~13.54%,1.09%~3.49%;测定正确度... 通过实验室测试研究发现激光散射法在线测定油烟浓度的检出限为0.1mg/m^(3),可适合低油烟浓度场合测试;对实验室内3种油烟浓度(0.5mg/m^(3)、1mg/m^(3)、4mg/m^(3))测定的精密度分别为3.19%~6.47%,9.00%~13.54%,1.09%~3.49%;测定正确度指标分别为9.52%~11.31%、-5.79%~5.79%、-4.11%~2.01%,其指标具有响应时间快、正确度与重复性数据好等特点。通过激光散射法在线监测现场与参比国标法对比测试表明,激光散射法在线监测具有的现场适用性强、在线出数、操作简便、可实现油烟浓度趋势检测或超标检测的快速筛查等应用场合。 展开更多
关键词 激光散射法 油烟 在线 餐饮业
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Characteristics of laser-induced breakdown spectroscopy of liquid slag
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作者 董长言 于洪霞 +4 位作者 孙兰香 李洋 刘修业 周平 黄少文 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期86-93,共8页
Rapid online analysis of liquid slag is essential for optimizing the quality and energy efficiency of steel production. To investigate the key factors that affect the online measurement of refined slag using laser-ind... Rapid online analysis of liquid slag is essential for optimizing the quality and energy efficiency of steel production. To investigate the key factors that affect the online measurement of refined slag using laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS), this study examined the effects of slag composition and temperature on the intensity and stability of the LIBS spectra. The experimental temperature was controlled at three levels: 1350℃, 1400℃, and 1450℃. The results showed that slag composition and temperature significantly affected the intensity and stability of the LIBS spectra. Increasing the Fe content and temperature in the slag reduces its viscosity, resulting in an enhanced intensity and stability of the LIBS spectra. Additionally, 42 refined slag samples were quantitatively analyzed for Fe, Si, Ca, Mg, Al, and Mn at 1350℃, 1400℃, and 1450℃.The normalized full spectrum combined with partial least squares(PLS) quantification modeling was used, using the Ca Ⅱ 317.91 nm spectral line as an internal standard. The results show that using the internal standard normalization method can significantly reduce the influence of spectral fluctuations. Meanwhile, a temperature of 1450℃ has been found to yield superior results compared to both 1350℃ and 1400℃, and it is advantageous to conduct a quantitative analysis of the slag when it is in a “water-like” state with low viscosity. 展开更多
关键词 laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) SLAG temperature COMPOSITION VISCOSITY internal standard normalization partial least squares(PLS)
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基于激光诱导击穿光谱的硅橡胶胶含量检测
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作者 何永琪 邓禹 +2 位作者 田亮 王希林 贾志东 《高电压技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1684-1693,共10页
硅橡胶胶含量不仅能够反映复合绝缘子的老化状态,而且可以反映其产品质量。测定胶含量对于复合绝缘子运维以及入网前的质量监测具有重要意义,但目前缺乏一种高效、准确的硅橡胶复合绝缘子胶含量现场原位检测手段。为此基于激光诱导击穿... 硅橡胶胶含量不仅能够反映复合绝缘子的老化状态,而且可以反映其产品质量。测定胶含量对于复合绝缘子运维以及入网前的质量监测具有重要意义,但目前缺乏一种高效、准确的硅橡胶复合绝缘子胶含量现场原位检测手段。为此基于激光诱导击穿光谱技术,探究了硅橡胶胶含量的光谱表征手段。以11种不同配方的高温硫化硅橡胶样品为研究对象,分别建立了Al、Si原子谱线强度,等离子体温度以及Si离子原子谱线强度比与硅橡胶胶含量之间的线性定标模型,其中等离子体温度的拟合优度最高为0.9114,SiⅠ390.55 nm谱线强度的拟合优度最低为0.4857。最终,选取了AlⅠ394.40 nm、AlⅠ396.15 nm、SiⅠ390.55 nm谱线强度作为自变量,建立了胶含量的多元线性定标模型,预测结果拟合优度可达0.9884。 展开更多
关键词 硅橡胶 胶含量 激光诱导击穿光谱 多元线性回归 定量分析
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A research on the effect of plasma spectrum collection device on LIBS spectral intensity
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作者 林晓梅 董艳杰 +5 位作者 林京君 黄玉涛 杨江飞 岳星宇 张倬嘉 段鑫杨 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期121-128,共8页
Only a small amount of spectral information is collected because the collection solid angle of the optical fiber probe and lens is very limited when collecting spectral information.To overcome this limitation,this stu... Only a small amount of spectral information is collected because the collection solid angle of the optical fiber probe and lens is very limited when collecting spectral information.To overcome this limitation,this study presents a novel method for acquiring plasma spectral information from various spatial directions.A parabolic-shaped plasma spectral collection device(PSCD)is employed to effectively collect more spectral information into the spectrometer,thereby enhancing the overall spectral intensity.The research objects in this study were soil samples containing different concentrations of heavy metals Pb,Cr,and Cd.The results indicate that the PSCD significantly enhances the spectral signal,with an enhancement rate of up to 45%.Moreover,the signal-to-noise ratio also increases by as much as 36%.Simultaneously,when compared to the absence of a device,it is found that there is no significant variation in plasma temperature when the PSCD is utilized.This observation eliminates the impact of the spatial effect caused by the PSCD on the spectral intensity.Consequently,a concentrationspectral intensity relationship curve is established under the PSCD.The results revealed that the linear fitting R^(2)for Pb,Cr,and Cd increased by 0.011,0.001,and 0.054,respectively.Additionally,the limit of detection(LOD)decreased by 0.361 ppm,0.901 ppm,and 0.602 ppm,respectively.These findings indicate that the spectral enhancement rate elevates with the increase in heavy metal concentration.Hence,the PSCD can effectively enhance the spectral intensity and reduce the detection limit of heavy metals in soil. 展开更多
关键词 LIBS plasma spectrum collection device spectral enhancement plasma temperature limit of detection
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A theoretical study of the signal enhancement mechanism of coaxial DP-LIBS
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作者 宋震 王俊霄 +11 位作者 王钢 张雷 王树青 张婉飞 马晓飞 刘珍荣 罗学彬 马维光 叶泽甫 朱竹君 尹王保 贾锁堂 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期156-164,共9页
In the field of dual-pulse laser-induced breakdown spectroscopy(DP-LIBS)research,the pursuit of methods for determining pulse intervals and other parameters quickly and conveniently in order to achieve optimal spectra... In the field of dual-pulse laser-induced breakdown spectroscopy(DP-LIBS)research,the pursuit of methods for determining pulse intervals and other parameters quickly and conveniently in order to achieve optimal spectral signal enhancement is paramount.To aid researchers in identification of optimal signal enhancement conditions and more accurate interpretation of the underlying signal enhancement mechanisms,theoretical simulations of the spatiotemporal processes of coaxial DP-LIBS-induced plasma have been established in this work.Using a model based on laser ablation and two-dimensional axisymmetric fluid dynamics,plasma evolutions during aluminum–magnesium alloy laser ablation under single-pulse and coaxial dualpulse excitations have been simulated.The influences of factors,such as delay time,laser fluence,plasma temperature,and particle number density,on the DP-LIBS spectral signals are investigated.Under pulse intervals ranging from 50 to 1500 ns,the time evolutions of spectral line intensity,dual-pulse emission enhancement relative to the single-pulse results,laser irradiance,spatial distribution of plasma temperature and species number density,as well as laser irradiance shielded by plasma have been obtained.The study indicates that the main reason behind the radiation signal enhancement in coaxial DP-LIBS-induced plasma is attributed to the increased species number density and plasma temperature caused by the second laser,and it is inferred that the shielding effect of the plasma mainly occurs in the boundary layer of the stagnation point flow over the target surface.This research provides a theoretical basis for experimental research,parameter optimization,and signal enhancement tracing in DP-LIBS. 展开更多
关键词 laser-induced plasma radiation fluid dynamics model double pulse laser-induced breakdown spectroscopy(DP-LIBS) laser ablation signal enhancement mechanism
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Detection of Al, Mg, Ca, and Zn in copper slag by LIBS combined with calibration curve and PLSR methods
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作者 贾军伟 刘志峰 +1 位作者 潘从元 薛骅骎 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第2期132-138,共7页
The precise measurement of Al, Mg, Ca, and Zn composition in copper slag is crucial for effective process control of copper pyrometallurgy. In this study, a remote laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) system was... The precise measurement of Al, Mg, Ca, and Zn composition in copper slag is crucial for effective process control of copper pyrometallurgy. In this study, a remote laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) system was utilized for the spectral analysis of copper slag samples at a distance of 2.5 m. The composition of copper slag was then analyzed using both the calibration curve(CC) method and the partial least squares regression(PLSR) analysis method based on the characteristic spectral intensity ratio. The performance of the two analysis methods was gauged through the determination coefficient(R^(2)), average relative error(ARE), root mean square error of calibration(RMSEC), and root mean square error of prediction(RMSEP). The results demonstrate that the PLSR method significantly improved both R^(2) for the calibration and test sets while reducing ARE, RMSEC, and RMSEP by 50% compared to the CC method. The results suggest that the combination of LIBS and PLSR is a viable approach for effectively detecting the elemental concentration in copper slag and holds potential for online detection of the elemental composition of high-temperature molten copper slag. 展开更多
关键词 copper slag ELEMENT REMOTE LIBS PLSR
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激光诱导荧光辅助激光诱导击穿光谱对合金结构钢中Mo的定量分析
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作者 莫凯峰 唐云 +3 位作者 杨泽恩 王胜 郭恩新 廖嘉乐 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第20期2999-3005,共7页
合金结构钢中钼(Mo)元素的含量对性能有重要影响,因此检测合金结构钢中Mo元素的含量具有重要意义。然而,合金结构钢中基体元素Fe的谱线干扰和自吸收效应严重影响激光诱导击穿光谱对Mo元素定量分析的准确性。在这项工作中,使用了激光诱... 合金结构钢中钼(Mo)元素的含量对性能有重要影响,因此检测合金结构钢中Mo元素的含量具有重要意义。然而,合金结构钢中基体元素Fe的谱线干扰和自吸收效应严重影响激光诱导击穿光谱对Mo元素定量分析的准确性。在这项工作中,使用了激光诱导荧光辅助激光诱导击穿光谱(LIBS-LIF)来解决这些问题。Mo I 379.83 nm,Mo I 386.41 nm,Mo I 390.30 nm三条谱线被选为分析线。结果表明,LIBS-LIF能够增强三条分析线的光谱强度,消除了光谱干扰,并且随着Mo含量从0.019 wt.%增加到1.4 wt.%,Mo元素谱线的光谱强度也明显增强。与传统的LIBS技术相比,Mo I 386.41 nm谱线的自吸收因子降低了99.99%,交叉验证均方根误差降低了65.37%,平均相对偏差降低了85.69%,平均相对标准偏差降低了20.20%。因此,LIBS-LIF可以有效地减小光谱干扰和自吸收效应,提高定量分析的准确性。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 激光诱导荧光 合金结构钢 钼元素
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双共振和频光谱分析自组装单分子层/铂界面的电子结构
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作者 王悦 何玉韩 +2 位作者 刘晓琳 宋前通 王朝晖 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期526-531,549,共7页
[目的]界面电子结构对于物理和化学过程具有重要的影响,发展界面电子结构的表征方法具有重要意义.[方法]以Pt表面自组装单分子层(SAM)为模型体系,根据和频(SFG)光谱强度随入射光波长的变化,研究SAM对Pt基底电子结构的影响.[结果]研究发... [目的]界面电子结构对于物理和化学过程具有重要的影响,发展界面电子结构的表征方法具有重要意义.[方法]以Pt表面自组装单分子层(SAM)为模型体系,根据和频(SFG)光谱强度随入射光波长的变化,研究SAM对Pt基底电子结构的影响.[结果]研究发现,对巯基苯甲腈分子自组装于Pt基底表面时,基底的SFG响应显著增强.对巯基苯甲腈分子通过巯基与Pt表面相互作用,改变了界面电子结构,形成了SAM/Pt电荷转移态,在510~620 nm波段出现了新的吸收带,从而产生双共振SFG效应使基底的SFG响应显著增强.[结论]具有界面选择性的SFG光谱可以有效分析金属界面的电荷转移态,是研究界面电子结构的有力工具. 展开更多
关键词 双共振和频光谱 自组装单分子层 界面电子结构
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Estimating the grain size of microgranular material using laser-induced breakdown spectroscopy combined with machine learning algorithms
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作者 张朝 李亚举 +9 位作者 杨光辉 曾强 李小龙 陈良文 钱东斌 孙对兄 苏茂根 杨磊 张少锋 马新文 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第5期129-137,共9页
Recent work has validated a new method for estimating the grain size of microgranular materials in the range of tens to hundreds of micrometers using laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS).In this situation,a piec... Recent work has validated a new method for estimating the grain size of microgranular materials in the range of tens to hundreds of micrometers using laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS).In this situation,a piecewise univariate model must be constructed to estimate grain size due to the complex dependence of the plasma formation environment on grain size.In the present work,we tentatively construct a unified calibration model suitable for LIBS-based estimation of those grain sizes.Specifically,two unified multivariate calibration models are constructed based on back-propagation neural network(BPNN)algorithms using feature selection strategies with and without considering prior information.By detailed analysis of the performances of the two multivariate models,it was found that a unified calibration model can be successfully constructed based on BPNN algorithms for estimating the grain size in the range of tens to hundreds of micrometers.It was also found that the model constructed with a priorguided feature selection strategy had better prediction performance.This study has practical significance in developing the technology for material analysis using LIBS,especially when the LIBS signal exhibits a complex dependence on the material parameter to be estimated. 展开更多
关键词 laser-induced breakdown spectroscopy machine learning randomly packed microgranular materials
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基于荧光猝灭原理的光纤化学传感器在线监测水中溶解氧 被引量:31
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作者 李伟 陈曦 +2 位作者 庄峙厦 孙大海 王小如 《北京大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2001年第2期226-230,共5页
利用氧分子对芘丁酸的荧光具有猝灭作用的特性 ,构造出基于荧光猝灭原理的光纤氧化学传感器。就用于水中溶解氧在线监测的光纤光谱仪的搭建、传感探头的设计及传感膜的制作进行了探索 ,并对传感器的响应性能进行了考察。结果表明以三醋... 利用氧分子对芘丁酸的荧光具有猝灭作用的特性 ,构造出基于荧光猝灭原理的光纤氧化学传感器。就用于水中溶解氧在线监测的光纤光谱仪的搭建、传感探头的设计及传感膜的制作进行了探索 ,并对传感器的响应性能进行了考察。结果表明以三醋酸纤维素为固相支持剂、邻苯二甲酸二辛酯为增塑稳定剂、芘丁酸为分析物识别器制备的传感膜对溶解氧的响应具有良好的可逆性 ,稳定性 ,较快的响应时间和较长的使用寿命。与标准法相对照 ,用本仪器系统测定了不同盐度的人工海水中的溶解氧浓度 ,两种方法在不同浓度水平下的溶解氧测定值均无显著性差异。本法的日内和日间RSD在 2 4 %~ 6 展开更多
关键词 光导纤维 化学传感器 氧传感器 溶解氧 荧光猝灭 在线监测 人工海水
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基于近红外光谱技术的蜂蜜掺假识别 被引量:39
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作者 屠振华 朱大洲 +2 位作者 籍保平 陈红茜 庆兆珅 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期382-387,共6页
为了实现蜂蜜掺假的快速识别,应用近红外光谱结合模式识别方法对蜂蜜掺假现象进行了识别分析。该研究收集了中国不同品种、不同地域的典型天然蜂蜜样品,根据目前市场上常见的蜂蜜掺假手段,掺假物质及相对含量情况配制了掺假蜂蜜样品,利... 为了实现蜂蜜掺假的快速识别,应用近红外光谱结合模式识别方法对蜂蜜掺假现象进行了识别分析。该研究收集了中国不同品种、不同地域的典型天然蜂蜜样品,根据目前市场上常见的蜂蜜掺假手段,掺假物质及相对含量情况配制了掺假蜂蜜样品,利用傅立叶近红外光谱仪采集其透反射近红外光谱,分别采用偏最小二乘判别分析(PLS-DA),独立软模式法(SIMCA),误差反向传播神经网络(BP-ANN)和最小二乘支持向量机(LS-SVM)等模式识别方法,进行蜂蜜掺假识别研究。研究结果表明:利用这4种方法在蜂蜜中掺入果葡糖浆和果葡糖水的情况下均能很好地识别出掺假蜂蜜样品,其中对于掺入果葡糖浆的掺假情况,校正集的正确判别率均达到95%以上,验证集的正确判别率均达到87%以上,对于掺入果葡糖水的掺假蜂蜜校正集的正确判别率均达到93%以上,验证集的正确判别率均达到84%以上。通过比较4种不同的识别算法,发现采用LS-SVM时,对两种掺假情况下校正集和验证集的正确判别率均达到了100%,表明基于近红外光谱的蜂蜜掺假快速准确识别是可行的。 展开更多
关键词 红外光谱 算法 模式识别 蜂蜜 掺假识别
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