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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(LIBS)的煤灰熔点快速检测
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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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基于平凸柱面镜的LIBS光束整形系统设计
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作者 陈姿颖 李红莲 +2 位作者 殷啸林 方立德 李莹莹 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期247-254,共8页
为改善激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术激光能量不均匀分布的问题,利用仿真软件对半径为12.5 mm的不同焦距型号的平凸柱面镜进行光路成像模拟,模拟显示满足激光器条件的最佳焦距为100 mm,在此基础上... 为改善激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术激光能量不均匀分布的问题,利用仿真软件对半径为12.5 mm的不同焦距型号的平凸柱面镜进行光路成像模拟,模拟显示满足激光器条件的最佳焦距为100 mm,在此基础上搭建基于LIBS光束的整形系统。实验表明,相比于无平凸柱面镜整形,样品中锶元素的焦斑光强均方差系数平均降低了41.91%,焦斑光强峰谷比系数平均降低了41.27%,而能量均匀度平均提高了17.23%,拟合决定系数由0.860提高到了0.914。结果显示,使用平凸柱面镜可提高光束能量的均匀性,验证了平凸柱面镜是激光光束整形的一种有效方法。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 光束整形 平凸柱面镜 均匀性
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基于激光诱导击穿光谱对重金属胁迫下的植物体内元素成像分析
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作者 汤泉 钟敏嘉 +4 位作者 殷鹏鲲 张志 陈珍明 吴桂容 林庆宇 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1485-1488,共4页
植物修复是一种绿色有吸引力的重金属污染修复技术。了解重金属在植物体内不同部位的分布,有助于深入了解重金属植物修复的分子机制。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)在元素原位快速分析时拥有突出的技术优势,尤其是具备无需复杂样品前处理... 植物修复是一种绿色有吸引力的重金属污染修复技术。了解重金属在植物体内不同部位的分布,有助于深入了解重金属植物修复的分子机制。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)在元素原位快速分析时拥有突出的技术优势,尤其是具备无需复杂样品前处理、可对固体样品直接分析的突出特点,目前元素扫描成像是LIBS技术的重要研究及应用方向。设计并搭建了基于纳秒脉冲激光器的元素成像LIBS装置,系统光斑分辨率50μm,样品移动步距为100μm,成像分析速度为6.25 mm2·min-1,装置可实现自动化扫描,满足实际分析需求,系统采用多通道平面光栅光谱仪,光谱范围180~800 nm,目标元素光谱经基线扣除,峰面积拟合及归一化处理后绘制分布热图,并以伪彩呈现样品不同区域的元素分布。以豌豆为水培植物模型,利用所搭建的元素成像LIBS装置开展豌豆植株的在体原位元素成像分析,分析了Ni、 Cu、 Cr及Pb重金属在植物体内的差异性分布,并研究了上述四种重金属的吸收途径。结果显示,该元素成像装置可以对植物体内存在的C、 Mg、 Fe、 Ca、 Na、 K等主要基体元素进行有效分析,经过重金属胁迫后,豌豆植物体内存在明显的重金属累积且不同重金属在植株中呈现不同的分布趋势,镍离子在胚轴、胚芽部位大量存在,与镍离子分布不同的是,植株大量吸收铜离子并富集在根部初生结构中;重金属铬在豌豆根的中部和胚芽、胚轴大量积累,而重金属铅则大量富集在胚轴、胚芽中,根尖的含量最少。该研究表明,元素成像LIBS技术可实现对植物体内多种重金属的在体同时分析,这对辅助研究环境水体重金属污染植物修复的机理有意义,同时可为植物生理学和生态毒理学等领域的相关研究提供装置和新方法。 展开更多
关键词 重金属污染 LIBS 生物积累 空间分布 元素成像
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飞秒-纳秒双脉冲激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对合金的定量分析
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作者 何亚雄 王一钦 +8 位作者 韩晶阳 许淼 陈楠 谭金宝 温起帆 柯川 高亮 才来中 赵栋烨 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期214-222,共9页
激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术几乎不受聚变环境中的强磁场影响,是一种最有希望实现托卡马克装置中面向等离子体材料(Plasma facing materials,PFMs)原位在线诊断的技术,已被用于多个托卡马克PFMs... 激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术几乎不受聚变环境中的强磁场影响,是一种最有希望实现托卡马克装置中面向等离子体材料(Plasma facing materials,PFMs)原位在线诊断的技术,已被用于多个托卡马克PFMs壁诊断。然而,LIBS技术对PFMs表面元素的探测限、定量分析以及PFMs的服役状态判定依旧面临很大挑战。采用同轴飞秒-纳秒激光协同技术,建立了飞秒-纳秒双脉冲激光诱导击穿光谱(fs-ns-DP-LIBS)技术,通过高峰值功率、低激光能量的飞秒激光诱导等离子体,再用纳秒激光增强常规单脉冲LIBS技术信号发射强度,进而提升常规单脉冲LIBS的探测灵敏度,同时结合6种合金标准样品,采用fs-ns-DP-LIBS技术对样品中的主要元素进行了定量分析,并进一步结合机器学习方法对6种合金进行种类判别。结果显示:在纳秒单脉冲和飞秒单脉冲LIBS检测中,Ni、Fe和Mo在400~800 nm波段没有观察到明显特征峰,仅观察到Cr的特征峰;在飞秒-纳秒脉冲间2μs延时,NiⅠ498.02 nm、FeⅠ517.16 nm、FeⅠ523.85 nm、MoⅠ588.83 nm和MoⅠ603.07 nm均被激发,且Cr的特征峰强度增强明显;并且相比对纳秒单脉冲LIBS技术,Cr的信号强度提高约7倍。定量分析结果显示,fs-ns-DP-LIBS技术绘制的定标曲线拟合度(R ^(2))更高,且Cr的探测限提高约3.5倍。进一步采用决策树、最近邻、线性判别和支持向量机等算法对6种合金进行了分类研究,线性判别和支持向量机的分类预测准确率大于99%。研究有望为原位LIBS技术诊断PFMs壁表面元素、定量分析及其服役状态判定提供检测方法。 展开更多
关键词 托卡马克 激光诱导击穿光谱 飞秒-纳秒双脉冲 定量分析 合金
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基于激光诱导击穿光谱对钛元素自吸收效应的分析
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作者 童巨红 袁梦甜 +5 位作者 王朋 钱龙 田志辉 宣文静 余华清 曾庆栋 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2024年第2期233-238,共6页
为了减小谱线自吸收效应对样品物质中元素定量分析带来的干扰,提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)对钢铁中微量元素的检测准确度和精度,以攀钢生铁标准样品作为研究对象,选取Fe(Ⅰ)438.4 nm、Fe(Ⅰ)347.6 nm作为内标线,以原子线Ti(Ⅰ)506.5... 为了减小谱线自吸收效应对样品物质中元素定量分析带来的干扰,提高激光诱导击穿光谱技术(LIBS)对钢铁中微量元素的检测准确度和精度,以攀钢生铁标准样品作为研究对象,选取Fe(Ⅰ)438.4 nm、Fe(Ⅰ)347.6 nm作为内标线,以原子线Ti(Ⅰ)506.5 nm、离子线Ti(Ⅱ)334.9 nm作为分析线,对Ti元素谱线的自吸收效应进行校正,分别建立内定标曲线,并建立了相应的量化模型。先通过指数函数拟合定标曲线来表征自吸收效应,然后对自吸收效应进行校正。自吸收校正后,Ti两组定标曲线的决定系数R 2分别从0.882增加到0.994、0.881增加到0.917,分别提高了12.7%和4.0%。定量分析时,2#和5#样品用于验证,结果显示两验证样品中Ti预测浓度的相对误差都降低到了10%以内,预测浓度的相对误差分别减少了72.01%、97.10%,测量精度得到明显提高,并且自吸收校正后的预测浓度近似于等于标准浓度。实验表明,通过指数函数拟合定标曲线的方式来量化自吸收效应,并对其进行校正的方法可以提升对Ti的分析精度,方法为通过探索改善自吸收效应来提高LIBS技术的定量分析性能提供了参考依据。 展开更多
关键词 自吸收效应 定量分析 激光诱导击穿光谱 内定标曲线模型
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基于分数阶Tikhonov正则化的激光吸收光谱燃烧场二维重建光路优化研究 被引量:1
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作者 庞维煦 李宁 +4 位作者 黄孝龙 康杨 李灿 范旭东 翁春生 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期277-287,共11页
为探究基于激光吸收光谱技术的燃烧场二维测量光路布置方式,实现有限投影下更精确的燃烧场二维重建,根据分数阶微积分理论,提出一种基于分数阶Tikhonov正则化的光路优化方法.将经典的整数阶Tikhonov正则化推广到分数阶模式,建立了基于... 为探究基于激光吸收光谱技术的燃烧场二维测量光路布置方式,实现有限投影下更精确的燃烧场二维重建,根据分数阶微积分理论,提出一种基于分数阶Tikhonov正则化的光路优化方法.将经典的整数阶Tikhonov正则化推广到分数阶模式,建立了基于分数阶Tikhonov正则化的光路设计目标函数.利用遗传算法分析(0,1)范围内不同阶数的计算结果,得到最佳光路布置方式.采用近红外波段7185.6 cm^(-1)的H_(2)O特征吸收谱线结合20条测试光路对10×10离散化网格区域进行计算,对比分析五种光路布置方式对多种分布模型的重建结果,结果表明,基于分数阶Tikhonov正则化的光路布置方式具有最佳重建效果.研究结果对有限投影条件下激光吸收光谱二维测量光路的优化设计理论研究具有重要意义,可以促进激光吸收光谱技术在复杂发动机燃烧场二维重建及燃烧效率提升方面的应用. 展开更多
关键词 激光吸收光谱 二维重建 分数阶Tikhonov正则化 光路优化
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高压制样-激光诱导击穿光谱技术测定土壤中的硅铝铁钾 被引量:1
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作者 胡梦颖 张鹏鹏 +4 位作者 刘彬 杜雪苗 张灵火 徐进力 白金峰 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2174-2180,共7页
土壤作为人类生存的重要物质基础和自然资源之一,其营养元素含量不仅是农业生产的基础,也是评价土壤质量的重要指标。传统测定土壤中营养元素的方法以液体进样为主,操作繁琐且对环境有一定的污染。采用超高压制样技术与LIBS技术联用,综... 土壤作为人类生存的重要物质基础和自然资源之一,其营养元素含量不仅是农业生产的基础,也是评价土壤质量的重要指标。传统测定土壤中营养元素的方法以液体进样为主,操作繁琐且对环境有一定的污染。采用超高压制样技术与LIBS技术联用,综合了绿色无污染的样品前处理技术以及操作简单、可进行多元素同步快速检测的测定技术,建立了高压制样-激光诱导击穿光谱技术测定土壤中的硅铝铁钾的分析方法。通过对制样压力大小的对比研究发现,当制样压力在2000 kN时,制备出的样品表面光滑、平整,具有更好的致密性,测定精密度达到最好;通过对LIBS仪器测定条件的优化,发现在使用多位置采样的方式,激光能量、采集延迟、光斑尺寸分别为0.8 mJ、0.5μs、60μm的条件下,能够减小样片剥蚀产生的热效应及样片表面不均匀对测定结果造成的影响,提高测定信背比,从而提高测定结果的准确度和精密度。在该方法优化后的条件下,采用土壤成分分析标准物质,以多变量做线性回归的定标曲线,得到了较好的线性关系,有效降低了基体效应对测定结果的影响。通过国家一级土壤成分分析标准物质的验证,除个别元素外,方法测定营养元素的精密度范围均在0.31%~4.21%之间,且测定结果与认定值基本一致。该方法不仅操作简单、能够避免传统方法带来的环境污染,同时也能够实现多元素同时测定,推动了LIBS技术在定量分析领域的进一步发展。 展开更多
关键词 土壤 激光诱导击穿光谱 高压制样
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便携式激光诱导击穿光谱仪的研制及其在煤质检测中的应用 被引量:6
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作者 窦有权 王庆松 +3 位作者 王森 舒喜 倪明辉 李燕 《中国无机分析化学》 CAS 北大核心 2023年第9期993-998,共6页
目前煤炭企业或火电厂对煤炭质量的检测普遍采用多种离线分析技术,虽然检测精度高,但离线分析程序复杂、分析时间长、信息反馈滞后,不能适应国家低碳经济建设和节能环保的发展战略要求。为满足煤炭现场快速检测的应用目标,开展了基于激... 目前煤炭企业或火电厂对煤炭质量的检测普遍采用多种离线分析技术,虽然检测精度高,但离线分析程序复杂、分析时间长、信息反馈滞后,不能适应国家低碳经济建设和节能环保的发展战略要求。为满足煤炭现场快速检测的应用目标,开展了基于激光诱导击穿光谱的便携式煤质快速检测装置的研制,从光路的稳定性、设备的紧凑性和光谱定量算法方面开展了设计和优化。所研制的便携式激光煤质快速检测装置具有激光能量高(单脉冲能量>80 mJ),整机重量轻(<10 kg),光谱波段范围宽(200~1100 nm)和重复精度高的特点,可满足煤中所有元素和工业指标的分析。采用该装置对30个电厂常用煤样进行了光谱测试和分析,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),对煤饼的实测光谱数据进行了预处理,结合支持向量机算法(SVR)对煤炭的碳含量、灰分和热值进行快速检测,SVR模型的拟合系数R 2均能达到0.9999,其中,碳含量的预测均方根误差(RMSEP)为4.5126%,平均相对误差(MRE)为6.74%;灰分的RMSEP为2.8315%,MRE为8.19%;热值的RMSEP为1.4399 MJ/kg,MRE为5.96%。该装置样机可用于多场景下煤质的现场快速检测,对于实现锅炉的燃烧优化、煤炭资源的高效利用和节能减排具有重要意义。 展开更多
关键词 便携式分析仪 激光诱导击穿光谱 煤炭 碳含量 灰分 热值
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飞秒激光诱导击穿光谱技术对石墨中钍的定量分析
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作者 刘小亮 王澜 +3 位作者 彭玲玲 李小燕 刘云海 邹春燕 《中国光学(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期103-112,共10页
为了促进激光诱导击穿光谱技术在核工业领域中的应用与发展,利用飞秒激光对高纯石墨中的钍(Th)元素开展了定量分析研究。采用标准加样法制备了钍含量在0.35%~35.15%范围内的9个分析样品,以类比钍基核燃料中的钍含量。通过改变光谱采集... 为了促进激光诱导击穿光谱技术在核工业领域中的应用与发展,利用飞秒激光对高纯石墨中的钍(Th)元素开展了定量分析研究。采用标准加样法制备了钍含量在0.35%~35.15%范围内的9个分析样品,以类比钍基核燃料中的钍含量。通过改变光谱采集方式、延时条件及调节飞秒激光脉冲能量对实验条件进行优化。在优化的实验条件下,对所有样品进行激发以采集等离子体光谱信息用于定量分析研究。得出以下结果:对比定点激发采集光谱结果,采用靶面连续移动式的光谱重复性好,钍原子(Th I 396.21 nm)谱线强度获得大约2倍的增强,重复测量的相对标准偏差由20.4%降至5.7%;高含量区间内钍元素谱线存在明显的自吸收效应,采用指数函数对整个含量区间与分析线(Th I 394.42 nm、396.21 nm和766.53 nm)强度进行非线性拟合,可以有效获取分析线的饱和阈值;基本定标法适用于饱和阈值以下的含量区间,分析线对较低含量的未知样品的预测分析具有较高的精确度;采用内标法(以C I 247.85 nm线为内标线),可以实现积分强度和峰值强度与整个区间含量的线性拟合,其中,基于高饱和阈值分析线(766.53 nm)的积分强度能够较好地实现高含量未知样品的含量预测。实验结果说明:飞秒激光诱导击穿光谱技术具有钍基核燃料循环过程中钍含量监测分析的潜力。 展开更多
关键词 飞秒激光诱导击穿光谱 核燃料 定量分析
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miRNA-21的循环放大检测及成像
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作者 孙鑫鑫 李家家 丁彩凤 《青岛科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2023年第5期16-25,34,共11页
报道了一种miRNA循环放大检测系统,该系统涉及红色发射碳量子点(CDs)以及聚多巴胺纳米球(PDANSs)。通过纳米材料与DNA的自组装,在激发光源410、542 nm的照射下,产生650、585 nm的荧光信号,通过荧光信号的关-开,可以实现对靶标miRNA-21... 报道了一种miRNA循环放大检测系统,该系统涉及红色发射碳量子点(CDs)以及聚多巴胺纳米球(PDANSs)。通过纳米材料与DNA的自组装,在激发光源410、542 nm的照射下,产生650、585 nm的荧光信号,通过荧光信号的关-开,可以实现对靶标miRNA-21循环放大的双荧光检测与细胞成像,极大提高检测的灵敏度与准确性。 展开更多
关键词 碳量子点 聚多巴胺纳米球 MIRNA-21 循环放大检测 细胞成像
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Detection and quantification of Pb and Cr in oysters using laser-induced breakdown spectroscopy
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作者 闫清霞 田野 +7 位作者 李颖 林洪 贾自文 卢渊 俞进 孙琛 白雪石 Vincent DETALLE 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期195-203,共9页
The quantitative determination of heavy metals in aquatic products is of great importance for food security issues.Laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS)has been used in a variety of foodstuff analysis,but is stil... The quantitative determination of heavy metals in aquatic products is of great importance for food security issues.Laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS)has been used in a variety of foodstuff analysis,but is still limited by its low sensitivity when targeting trace heavy metals.In this work,we compare three sample enrichment methods,namely drying,carbonization,and ashing,for increasing detection sensitivity by LIBS analysis for Pb and Cr in oyster samples.The results demonstrate that carbonization can remove a significant amount of the contributions of organic elements C,H,N and O;meanwhile,the signals of the metallic elements such as Cu,Pb,Sr,Ca,Cr and Mg are enhanced by3–6 times after carbonization,and further enhanced by 5–9 times after ashing.Such enhancement is not only due to the more concentrated metallic elements in the sample compared to the dried ones,but also the unifying of the matter in carbonized and ashed samples from which higher plasma temperature and electron density are observed.This condition favors the detection of trace elements.According to the calibration curves with univariate and multivariate analysis,the ashing method is considered to be the best choice.The limits of detection of the ashing method are 0.52 mg kg-1 for Pb and0.08 mg kg-1 for Cr,which can detect the presence of heavy metals in the oysters exceeding the maximum limits of Pb and Cr required by the Chinese national standard.This method provides a promising application for the heavy metal contamination monitoring in the aquatic product industry. 展开更多
关键词 laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) heavy metal detection signal enhancement sample preparation method quantification OYSTERS
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Spectra-assisted laser focusing in quantitative analysis of laser-induced breakdown spectroscopy for copper alloys
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作者 李守杰 郑荣儿 +5 位作者 出口祥啓 叶旺全 田野 郭金家 李颖 卢渊 《Plasma Science and Technology》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期204-209,共6页
Laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS)is a capable technique for elementary analysis,while LIBS quantitation is still under development.In quantitation,precise laser focusing plays an important role because it ens... Laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS)is a capable technique for elementary analysis,while LIBS quantitation is still under development.In quantitation,precise laser focusing plays an important role because it ensures the distance between the laser and samples.In the present work,we employed spectral intensity as a direct way to assist laser focusing in LIBS quantitation for copper alloys.It is found that both the air emission and the copper line could be used to determine the position of the sample surface by referencing the intensity maximum.Nevertheless,the fine quantitation was only realized at the position where the air emission(e.g.O(I)777.4 nm)reached intensity maximum,and also in this way,a repeatable quantitation was successfully achieved even after 120 days.The results suggested that the LIBS quantitation was highly dependent on the focusing position of the laser,and spectra-assisted focusing could be a simple way to find the identical condition for different samples’detection.In the future,this method might be applicable in field measurements for LIBS analysis of solids. 展开更多
关键词 LIBS laser focusing spectra assistance quantitative analysis copper alloys
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改进的谱峰拟合光谱标准化方法定量分析废钢中元素
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作者 刘艳丽 孙永长 +2 位作者 宋超 黄晓红 安治国 《理化检验(化学分册)》 CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1077-1082,共6页
为了解决因设备和环境因素导致激光诱导击穿光谱(LIBS)技术在定量测量时的较高波动性问题,提出了基于改进的沃伊特函数拟合的光谱标准化方法。首先通过高精度激光器采集废钢样品的LIBS光谱数据,然后通过标准等离子体条件(标准等离子温... 为了解决因设备和环境因素导致激光诱导击穿光谱(LIBS)技术在定量测量时的较高波动性问题,提出了基于改进的沃伊特函数拟合的光谱标准化方法。首先通过高精度激光器采集废钢样品的LIBS光谱数据,然后通过标准等离子体条件(标准等离子温度、电子数密度、待测元素总密度)得到标准光谱强度与实际谱线强度、半峰全宽等因素之间的关系式,并基于近似沃伊特函数对相关的谱峰进行拟合,获得标准化的重要参数,完成对样品的标准化模型的建立。结果表明,将该标准化方法用于废钢中铜、镍、硅、铬、锰元素的定量预测,得到的相关系数(R^(2))、预测均方根误差(RMSEP)和平均相对误差(ARE)的平均值分别为0.9814,0.063,6.3%,有效降低了波动影响,增强了分析精度,能够在工业中对废钢元素进行快速检测。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱(LIBS) 定量分析 光谱拟合 标准化 废钢
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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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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:30
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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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激光诱导击穿光谱结合RFE-GBDT算法定量分析稀土矿石中的Fe和Y
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作者 刘向前 安端阳 +2 位作者 张卓昆 岳承恩 王梦迪 《化工矿物与加工》 CAS 2023年第3期20-25,共6页
稀土矿组成复杂,对选矿技术要求较高,寻找一种快速检测分析稀土矿石中元素的方法对稀土矿选矿具有重要意义。激光诱导击穿光谱(Laser-induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)是检测稀土矿石中元素的一种重要手段,可以进行现场分析,无需... 稀土矿组成复杂,对选矿技术要求较高,寻找一种快速检测分析稀土矿石中元素的方法对稀土矿选矿具有重要意义。激光诱导击穿光谱(Laser-induced Breakdown Spectroscopy, LIBS)是检测稀土矿石中元素的一种重要手段,可以进行现场分析,无需制备复杂样品。建立了一种基于LIBS结合递归特征消除(Recursive Feature Elimination, RFE)和梯度提升树(Gradient Boosting Decision Tree, GBDT)算法的模型对稀土矿石中Fe元素和Y元素进行快速定量分析。采用激光诱导击穿光谱仪对25个样品进行光谱采集,将采集的光谱进行预处理后使用5折交叉验证对RFE阈值进行优化,再通过贝叶斯搜索对GBDT模型参数进行优化,构建了RFE-GBDT校正模型,对稀土矿石中的Fe和Y进行了定量分析并与真实值进行对比,结果表明,Fe和Y的预测决定系数(RP2)分别为0.957 1和0.930 7,预测均方根误差(RMSEP)分别为0.072 7和0.022 6,说明该模型具有良好的预测性能,可以实现稀土矿石中Fe和Y的快速定量分析。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 递归特征消除(RFE) 梯度提升树(GBDT) 稀土矿石 稀土元素 定量分析 贝叶斯优化
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强度比定标法分析激光诱导击穿碳谱线 被引量:17
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作者 姚顺春 陆继东 +4 位作者 谢承利 李娉 潘圣华 李捷 刘彦 《强激光与粒子束》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1089-1092,共4页
利用激光诱导击穿光谱技术,使样品在大气常压环境下被击穿形成等离子体,探测等离子体发射信号。选择混合样品所含的基体元素硅作为内标元素,分别根据碳谱线峰值强度、分析线和内标线峰值强度比建立不同的定标曲线。对两种定标曲线的拟... 利用激光诱导击穿光谱技术,使样品在大气常压环境下被击穿形成等离子体,探测等离子体发射信号。选择混合样品所含的基体元素硅作为内标元素,分别根据碳谱线峰值强度、分析线和内标线峰值强度比建立不同的定标曲线。对两种定标曲线的拟合度、测量重复性以及定量分析结果准确度进行了研究。研究结果表明:强度比定标法在一定程度上可以提高定标曲线的拟合度和测量重复性,减小强度比定标法定量分析结果的误差,提高测量准确度。 展开更多
关键词 激光诱导击穿光谱 强度比 定标曲线 拟合度 测量重复性 准确度
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LIBS技术在土壤重金属污染快速测量中的应用 被引量:34
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作者 王建伟 张娜珍 +1 位作者 侯可勇 李海洋 《化学进展》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2008年第7期1165-1171,共7页
激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)作为一种很有前景的分析和测量技术在过去的10多年中已经显现出来。本文介绍了激光诱导击穿光谱的工作原理和定量定性分析的理论基础,综述了LIBS技术在土壤重金属As、Cd、C... 激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)作为一种很有前景的分析和测量技术在过去的10多年中已经显现出来。本文介绍了激光诱导击穿光谱的工作原理和定量定性分析的理论基础,综述了LIBS技术在土壤重金属As、Cd、Cr、Hg、Pb和Zn等污染快速测量中的应用和仪器研究进展,分析了LIBS应用在该领域中存在的主要问题,对未来基于LIBS快速检测土壤重金属污染需要解决的定量测量和检测限等关键问题进行了探讨。 展开更多
关键词 LIBS 重金属污染 土壤 快速测量
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成像光谱技术在农产品/食品检测中的研究进展 被引量:13
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作者 周全 朱大洲 +3 位作者 王成 郑耀 王秋平 马智宏 《食品科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第23期423-428,共6页
作为一项新兴的过程分析技术,成像光谱技术在获得样品空间信息的同时,还为每个图像上每个像素点提供数十至数千个窄波段的光谱信息,这样任何一个波长的光谱数据都能生成一幅图像,从而实现"图谱合一"。通过对光谱、图像的分析... 作为一项新兴的过程分析技术,成像光谱技术在获得样品空间信息的同时,还为每个图像上每个像素点提供数十至数千个窄波段的光谱信息,这样任何一个波长的光谱数据都能生成一幅图像,从而实现"图谱合一"。通过对光谱、图像的分析,即可对样品的成分含量、存在状态、空间分布及动态变化进行检测。本文从成像光谱技术的原理、系统构成、数据分析方法方面进行简要介绍,并详细介绍成像光谱技术在农产品/食品检测中的国内外研究进展,目前的研究表明该项技术在农产品/食品检测中具有广阔的应用前景。 展开更多
关键词 成像光谱 高光谱成像 近红外图像 农产品 食品安全
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