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基于LIBS技术人参样品聚类分析及重金属检测研究 被引量:9
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作者 赵上勇 周志明 +3 位作者 宋超 孙长凯 雷俊杰 高勋 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期2629-2633,共5页
人参作为东北地区重要的经济作物,是著名的"东北三宝"之一。随着社会经济的快速发展,人们对于养生保健产品的重视度和需求量也随之提高。目前,市场所售人参存在农残超标、品质较差和种类混乱的现象,而且含有重金属元素的人参... 人参作为东北地区重要的经济作物,是著名的"东北三宝"之一。随着社会经济的快速发展,人们对于养生保健产品的重视度和需求量也随之提高。目前,市场所售人参存在农残超标、品质较差和种类混乱的现象,而且含有重金属元素的人参对于食用者会造成极大的危害。传统人参识别方法主要是根据人参基源、性状、显微和理化特性对人参进行生药研究,但是这些方法存在人为因素影响、繁琐复杂的样品预处理和二次污染的问题,不能实现可靠快速检测。基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)结合主成分分析法(PCA)对人参产地和人参部位进行聚类分析,以及对人参重金属元素进行定量分析。采集吉林省5个产地6种人参的LIBS光谱数据(200~975 nm),通过对光谱进行平均值预处理,利用PCA算法对光谱数据进行降维、聚类分析,实现人参产地快速聚类识别、同一产地的园参与林下参的聚类识别以及同一株人参的不同部位聚类识别。实验结果发现,由于同株人参不同部位的元素含量区别不大,造成人参主干和参须部位聚类效果不佳,对于6种人参可实现较好的分类效果。最后对人参样品中重金属元素Pb和Cr进行了定量分析,计算得到人参中Pb和Cr元素的检测限(LOD)分别为9.55和10.86 mg·kg^-1,去一交互均方根误差(RMSECV)分别为0.011和0.023 Wt.%。结果表明LIBS结合PCA算法对于人参分类和重金属检测具有较好的应用前景。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 主成分分析法 聚类分析 检测限
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激光诱导击穿光谱技术对土壤中重金属元素Cr的定量分析 被引量:11
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作者 林晓梅 曹玉莹 +2 位作者 赵上勇 孙浩然 高勋 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期875-879,共5页
为促进LIBS技术在土壤微量重金属元素检测中的应用,提高特征谱线的光谱强度和信背比,对实验参数进行优化,并对Cr元素进行分析。首先对激光器激发能量、样品距透镜距离和光谱仪采集延时等实验参数进行优化。对比激光器能量从60 mJ到110 m... 为促进LIBS技术在土壤微量重金属元素检测中的应用,提高特征谱线的光谱强度和信背比,对实验参数进行优化,并对Cr元素进行分析。首先对激光器激发能量、样品距透镜距离和光谱仪采集延时等实验参数进行优化。对比激光器能量从60 mJ到110 mJ的谱线强度和信背比,当选用90 mJ的激发能量时可以得到最佳实验结果。其次,选择不同样品到透镜的距离,对比从焦前5 mm到焦后5 mm得到的实验结果,得出样品与透镜距离为焦后1 mm(即聚焦位置121 mm)时,Cr元素的特征谱线和信背比达到最佳。最后,分析对比光谱仪采集延时对谱线强度和信背比的影响,结果显示,与能量对等离子辐射强度的影响趋势大致相同,当采集延时为1000 ns时,实验结果最佳。在最佳实验条件下(即激光器能量90 mJ、聚焦位置121 mm、采集延时1000 ns),对12种含有重金属Cr元素的土壤样品进行了光谱检测,为减弱外界环境的干扰,对同一样品的10个激光烧蚀位置得到的光谱做平均值预处理,选择Cr(Ⅰ)357.86 nm,Cr(Ⅰ)425.44 nm,Cr(Ⅰ)427.49 nm为特征谱线,通过建立样品掺杂浓度和光谱强度的定标曲线,得到了三条谱线的检测限LOD分别为74.62,64.07和67.49 mg·kg^(-1),拟合优度值R 2分别为0.98,0.97和0.99,均方根误差值RMSE分别为0.41,0.33和0.35。同时,引入偏最小二乘法及支持向量机算法进一步提高了定标模型精度。研究表明,通过对实验参数进行优化及改善LIBS技术对微量元素的定量探测参数,得到了最优的光谱强度和信背比,并通过对Cr元素进行定量分析,计算定标曲线的Lorenz拟合得到检测限、拟合优度和均方根误差等实验参数,提高了LIBS对土壤中重金属元素的检测精度,这对于利用LIBS技术检测微量重金属元素具有重要的参考意义。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 检测限 拟合优度 均方根误差
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磁约束飞秒激光诱导铜等离子体特性研究 被引量:8
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作者 许东华 宋超 +2 位作者 赵上勇 高勋 林景全 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期82-88,共7页
建立磁约束飞秒激光诱导铜等离子体辐射光谱采集系统,通过发射光谱法分析磁约束效应对飞秒激光诱导铜等离子体特性的影响.在强度为0.67T的稳磁场约束下,等离子体辐射连续谱和分立谱均有增强,分立谱线增强更显著;铜原子上能级越高,其辐... 建立磁约束飞秒激光诱导铜等离子体辐射光谱采集系统,通过发射光谱法分析磁约束效应对飞秒激光诱导铜等离子体特性的影响.在强度为0.67T的稳磁场约束下,等离子体辐射连续谱和分立谱均有增强,分立谱线增强更显著;铜原子上能级越高,其辐射的原子谱线增强因子越大,具有最高上能级的Cu I 507.6nm增强因子最大,为2.8;等离子体铜原子谱线持续时间明显延长,在等离子体演化初期,谱线增强显著,在较大延时,谱线增强迅速减弱;等离子体电子温度和电子密度均有提高. 展开更多
关键词 飞秒激光诱导击穿光谱 磁约束 光谱增强 电子温度 电子密度
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激光诱导击穿光谱技术结合神经网络和支持向量机算法的人参产地快速识别研究 被引量:14
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作者 董鹏凯 赵上勇 +4 位作者 郑柯鑫 王冀 高勋 郝作强 林景全 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期61-69,共9页
利用激光诱导击穿光谱技术结合机器学习算法,对东北5个产地(大兴安岭、集安、恒仁、石柱、抚松)的人参进行产地识别,建立了主成分分析算法分别结合反向传播(BP)神经网络和支持向量机算法的人参产地识别模型.实验采集了5个产地人参共657... 利用激光诱导击穿光谱技术结合机器学习算法,对东北5个产地(大兴安岭、集安、恒仁、石柱、抚松)的人参进行产地识别,建立了主成分分析算法分别结合反向传播(BP)神经网络和支持向量机算法的人参产地识别模型.实验采集了5个产地人参共657组在200-975 nm的激光诱导击穿光谱,经光谱数据预处理后,对C,Mg,Ca,Fe,H,N,O等元素的8条特征谱线进行主成分分析,原光谱数据的前3个主成分累积贡献率达到92.50%,且样品在主成分空间中呈现良好的聚集分类.降维后的前3个主成分以2∶1进行随机抽取,分别作为分类算法的训练集和测试集.实验结果表明主成分分析结合BP神经网络及支持向量机的平均识别率分别为99.08%和99.5%.发生误判的原因是集安和石柱两地地理环境的接近而导致的H,O两元素在Ca元素离子发射谱线下的归一化强度相似.本研究为激光诱导击穿光谱技术在人参产地的快速识别提供了方法和参考. 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 机器学习算法 产地识别 人参
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提高激光诱导击穿光谱的在线测定煤质方法研究 被引量:1
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作者 张业才 郑见云 +4 位作者 郝红亮 张永 赵上勇 侯宗余 王哲 《煤炭科技》 2022年第6期30-35,共6页
灰分和热值是影响煤炭工业生产与利用的重要因素,如何快速、精确地进行在线煤质测定也是开采和使用中亟需解决的关键问题。利用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)结合偏最小二乘回归(PLSR)和极限学习机模型(K-ELM)用于在线煤炭灰分和热值分析... 灰分和热值是影响煤炭工业生产与利用的重要因素,如何快速、精确地进行在线煤质测定也是开采和使用中亟需解决的关键问题。利用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)结合偏最小二乘回归(PLSR)和极限学习机模型(K-ELM)用于在线煤炭灰分和热值分析,通过对样品中Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti、N、H等元素特征谱线进行主导因素选择(DF),进一步提高预测模型的分析精度。结果发现,利用DF方法,PLSR和K-ELM模型的预测精度均有所提高;相比于常用的PLSR预测模型,DF-K-ELM模型的煤炭灰分和热值的决定系数分别提高了3.4%和5.6%,均方根误差分别降低了0.214和0.297。所研究的煤炭灰分和热值预测模型对于提高LIBS煤质在线分析具有重要的参考价值。 展开更多
关键词 煤炭 灰分 热值 激光诱导击穿光谱 偏最小二乘回归 极限学习机
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样品加热结合空间约束的飞秒激光诱导击穿光谱用于合金元素定量分析研究
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作者 刘雁宾 赵上勇 +2 位作者 侯宗余 王哲 高勋 《冶金分析》 CAS 北大核心 2020年第12期21-26,共6页
铝合金是工业应用中最广泛的有色金属,添加一定元素形成的合金成为理想的结构材料,如何快速、精确的检测合金中元素的含量是生产和使用中的关键问题。实验基于样品加热结合空间约束的飞秒激光诱导击穿光谱方法(Femtosecond laser-induce... 铝合金是工业应用中最广泛的有色金属,添加一定元素形成的合金成为理想的结构材料,如何快速、精确的检测合金中元素的含量是生产和使用中的关键问题。实验基于样品加热结合空间约束的飞秒激光诱导击穿光谱方法(Femtosecond laser-induced breakdown spectroscopy,fs-LIBS)对铝合金元素进行了定量分析,探讨了样品加热结合空间约束条件下等离子体辐射光谱增强、稳定性提高的物理原因。实验结果发现,利用样品加热空间约束方法,等离子体辐射光谱增强,随着靶材温度的升高,等离子体辐射存在时间也明显延长;通过对铝合金系列中的Mn元素进行分析,比较了无约束、空间约束和样品加热结合空间约束实验条件下fs-LIBS的检出限、相对标准偏差和拟合度值,相比于无约束fs-LIBS,通过样品加热空间约束,在样品温度为150℃时,检出限和相对标准偏差值分别大约降低到原来的1/5和1/4,同时拟合度达到0.99以上。因此,利用样品加热结合空间约束方法,可以提高LIBS技术对于合金元素定量分析的探测灵敏度和分析精度。 展开更多
关键词 样品加热 空间约束 飞秒激光诱导击穿光谱(fs-LIBS) 铝合金
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Effect of the distance between focusing lens and target surface on quantitative analysis of Mn element in aluminum alloys by using filament-induced breakdown spectroscopy
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作者 陆雪童 赵上勇 +2 位作者 高勋 郭凯敏 林景全 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第12期276-280,共5页
Ultrafast laser filament-induced breakdown spectroscopy(FIBS)is a potential technique for quantitative analysis of trace elements.In this work,we investigate the effect of the distance between focusing lens and target... Ultrafast laser filament-induced breakdown spectroscopy(FIBS)is a potential technique for quantitative analysis of trace elements.In this work,we investigate the effect of the distance between focusing lens and target surface on the FIBS quantitative analysis of Mn element in aluminum alloys,and several major parameters are calculated such as the linear correlation coefficient(R^2),limits of detection(LOD),relative standard deviation(RSD),and root-mean-square error of cross-validations(RMSECV).The results show that the quantitative analysis parameter values before and after filament position are different.The optimal value can be obtained at the filament region,the average values of total 23 positions of R^2,LOD,RSD,and RMAECV were 99.45%,1.41 mg/kg,7.12%,and 0.56%,respectively.Besides,the spatial distributions of quantitative analysis parameter values in filament region are noticeable,and this is essentially due to intensity clamping effect in a filament. 展开更多
关键词 filament-induced breakdown spectroscopy limits of detection relative standard deviation root-mean-square error of cross-validations
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