1 福建省先进高场超导材料与工程协同创新中心, 福建 福州 350117
3 西南交通大学超导与新能源研究开发中心, 四川 成都 610031
激光诱导击穿光谱(LIBS)以激光诱导微等离子体的原子发射为技术特征, 在科研与工业领域正得到重视与蓬勃发展。 作为环境气体的氩气对等离子体演化过程中粒子的碰撞过程有重要影响, 决定着LIBS技术分析性能的发挥。 利用光谱诊断技术深入研究LIBS技术条件下氩气的光谱特征, 对于提升LIBS技术及其应用水平具有重要的意义。 利用中阶梯光栅光谱仪记录时间序列光谱信息研究了瞬态Ar等离子体碰撞和衰减过程, 包括等离子体演化过程中的辐射机制和等离子体电子数密度及温度的时间演化特征。 结果表明, 在激光与氩气相互作用的初始阶段, 光谱主要由连续辐射组成, 在0.6 μs后, 光谱开始主要由氩原子、 离子的离散跃迁辐射谱线组成。 氩原子线和离子线的演化周期不同, 在0~1.0 μs延迟时间内离子线占主导, 在1.0~30 μs原子线占主导。 利用Stark展宽, Saha-Boltzmann曲线方程对60, 80和100 mJ脉冲激光能量激发下的等离子体的电子数密度和温度进行了计算, 等离子体电子数密度在0.2~2.0 μs延迟时间内快速衰减, 之后在较长的延迟时间内缓慢下降, 大约在4.0 μs达到同一个数量级; 等离子体温度(80 mJ)从初始0.2 μs时的18 000 K迅速下降到13 000 K(2.0 μs), 在5.0 μs后缓慢下降到12 000 K。 为进一步检验和优化激光脉冲用于氩气的分析性能, 对氩的不同特征谱线信噪比随时间演化的特征进行了研究, 结果表明, 氩原子线在2.0~6.0 μs的延迟窗口具有较高的信噪比, 氩离子线则在0.1~1.0 μs延迟窗口具有较高的信噪比。
激光诱导击穿光谱 氩气 等离子体 时序特征 时间分辨 Laser-induced breakdown spectroscopy Argon Plasma Timing characteristics Time resolved 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1049
1 福建师范大学物理与能源学院, 福建 福州 350117
2 西南交通大学超导与新能源研究开发中心, 四川 成都 610031
随着工业技术的发展, 气体检测领域对在线检测仪器及检测技术的要求越来越高, 气体成分在气体流动时会发生复杂变化, 通常的检测手段傅里叶变换红外光谱技术(FTIR)、 光腔衰荡技术(CRDS)、 电化学传感等往往不能满足检测要求或仅对局部区域检测。 激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种新兴的原子发射光谱分析技术, 得到光谱分析领域研究者的广泛重视与研究。 LIBS技术具备多元素同时检测、 非侵入式、 实时在线以及无需样品特殊制备等技术优势, 已应用于固体、 液体和气体的检测。 在环境恶劣、 干扰较大的气体制造及检测领域LIBS技术能够实时准确地进行检测。 介绍了LIBS技术基本原理并描述等离子体物理特性的两个参数等离子体温度及等离子体电子数密度, 针对LIBS技术在气体检测领域中的应用, 从通过原子谱线强度比分析燃料的当量比、 燃料混合气燃烧产物的气体组分、 工业制造中作为保护气的氮气及稀有气体、 温室气体和新能源气体的检测, 以及与之相关的LIBS实验装置及实验方法的改进与优化等6个方面介绍了LIBS技术应用于气体检测领域的近些年国内外进展。 对气体检测领域激光诱导击穿光谱研究的前景进行了展望。
激光诱导击穿光谱 等离子体 气体检测 定量分析 LIBS Plasma Quantitative analysis Gas Detection 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2681
上海理工大学光电信息与计算机工程学院, 上海 200093
为了解决基片集成波导带宽窄的局限性, 设计了一种新型的基片集成脊波导 (ridge substrate integrated waveguide, RSIW)结构。该结构在传统的基片集成脊波导基础上采用了不同介电常数的两层介质板, 同时在其两侧还设置了两排周期性排列的空气孔。仿真结果表明: 所设计结构的单模工作带宽达到 10.88 GHz, 相对带宽 B达到了 4.42, 相比其他结构的单模工作带宽和相对带宽分别提高了 57 %和 18.8%; 该结构在整个通带范围内表现出了良好的传输特性, 能够覆盖整个超宽带范围的应用。该设计为解决基片集成波导带宽窄的局限性以及实现紧凑型宽带互连提供了参考。
基片集成波导 脊波导 基片集成脊波导 超宽带 substrate integrated waveguide ridge waveguide ridge substrate integrated waveguide ultra-wideband
1 中国科学院光电技术研究所, 成都 610000
2 中国船舶工业系统工程研究院, 北京 100036
针对基于深度学习的目标检测网络模型多采用级联的卷积网络结构进行特征提取, 没有很好地利用多尺度特征融合的信息, 以及卷积往往采用方形卷积核而没有提取出具备方向性的特征等问题, 提出了一种特征提取模块, 采用不同大小形状的卷积核结合异性卷积核并行提取特征, 并进行融合。该类结构相比于级联网络更能提取并融合目标的多尺度特征, 同时提取具有方向性的特征。提出的特征增强型单步目标检测器(Feature Enhanced Single Shot Detector, FESSD)网络基于单步目标检测器(Single Shot Detector, SSD), 修改了网络结构、加入特征提取模块并采用多层特征融合, 在VOC0712数据集上大大提高了检测准确率。
深度学习 目标检测 特征融合 方向性特征 deep learning object detection feature fusion directional feature
1 钢研纳克检测技术有限公司, 北京 100094
2 中国北方稀土(集团)高科技股份有限公司, 内蒙古 包头 014010
稀土精矿分离出单一稀土元素的工艺过程属于连续流程制造, 多采用人工取样-ICP实验室分析测试的方法进行工艺监测与控制, 检测结果滞后于生产实际, 可能造成产品质量不稳定等后果。 实验基于能量色散X射线荧光光谱技术, 建立了一种在线测定稀土分离过程中稀土配分含量的方法。 通过对北方稀土典型元素镧、 铈、 镨、 钕的能量色散-X射线荧光光谱特征分析, 利用多元逐步回归从稀土混合料液中剥离出单一稀土元素信号。 依据相对理论偏差对滤光片、 管压、 管流等条件进行优化, 为稀土配分含量在线分析奠定了基础。 开发了XOR-50稀土配分在线分析设备和在线检测方法, 快速反映稀土分离萃取工艺状况, 提供实时的在线萃取数据, 为工艺调整提供精准可靠的数据支撑。 研究结果显示, 采用0.2 mm Al滤光片, 25 kV光管激发电压, 1 100 μA光管电流的测试条件, 同一样品的稀土元素配分含量连续11次测定的相对标准偏差小于1%; 现场分析结果与ICP-AES检测结果相符。 镧, 铈, 镨, 钕等轻稀土元素的仪器检出限小于5 μg·mL-1, 完全满足稀土配分在线监测对准确性和可靠性要求。
能量色散-X射线荧光光谱 稀土料液 配分含量 萃取分离 在线 Energy dispersion X-ray fluorescence spectra Rare earth feed liquid Distribution content Extraction and separation On-line analysis 光谱学与光谱分析
2018, 38(7): 2284
1 四川大学生命科学学院分析仪器研究中心, 四川 成都 610064
2 北京有色金属研究总院, 北京 100088
对激光诱导等离子体参数进行诊断有多种方法, 其中采用发射光谱法对其诊断是一种重要的方法。 文中采用Nd∶YAG固态激光器, 输出波长1 064 nm红外激光与铝合金样品相互作用, 深入研究了铝合金等离子体产生早期(<1 μs)谱线轮廓、 谱线强度、 线背比、 谱线半峰宽及位移等随时间演变规律。 研究表明, 激光与物质相互作用早期, 电子数密度非常大, 电子与离子及原子之间的相互作用非常强烈, 谱线的Stark展宽效应非常明显, 导致多重谱线重叠在一起, 随时间演变, 电子数密度及电子温度的降低, 多重谱线的半峰宽越来越窄且谱线轮廓对称性越来越好。 MgⅠ285212 6 nm谱线强度早期逐渐增强, 大约100 ns左右谱线强度达到最大值, 然后谱线强度呈逐渐减小的趋势, 这是由于等离子体产生早期, 电子及离子占主导地位, 故早期原子谱线强度较弱, 随时间演变, 电子与离子之间的复合, 原子数密度逐渐增加, 故原子谱线逐渐增强, 达到最大值之后, 由于等离子体激发温度的降低, 故谱线强度逐渐减弱。 以NIST波长位置为参考, 等离子体产生的早期谱线发生了红移, 连续背景强度随时间演变呈幂函数形式急剧递减, 与之相反, 谱线的连续背景强度与谱线强度相比, 连续背景衰减的速度更为迅速, 故导致谱线信背比随时间演变呈增大趋势, 本研究对等离子体早期这些现象从理论角度进行了深入探讨。
激光诱导等离子体 谱线轮廓 连续背景强度 谱线半峰宽 谱线位移 Laser induced plasma Spectral line profile Continuum intensity Full width at half maximum (FWHM) Spectral line shift 光谱学与光谱分析
2017, 37(7): 2210
微区无损分析可提供物质组成元素的原位分布信息, 以揭示物质形成条件、 元素动态分布过程与相互作用机理、 生物代谢作用等。 文章报道了实验室型微区X射线荧光(μXRF)光谱仪的研发和元素生物地球化学动态分布过程研究结果。 μXRF光谱仪采用15 μm光斑的聚束毛细管X射线透镜为激发源, 选用分辨率为135 eV的硅漂移探测器(SDD), 样品和探测器间角度可调, 使之可进行异型样品如地质样品的原位分析, 利用五轴自控实现样品时空四维元素分布测定。 利用该μXRF光谱仪测定了矿物-生物膜间的元素迁移和玉米种发芽过程中的元素分布, 发现(1)生物膜可吸附、 富集毒性元素铅, 是重金属的重要汇集地, 最大富集系数1.7。 (2)生物膜是金属从固态矿物相经水相进入生态系统的重要途径。 (3)在玉米种子中, 可检测到K, Ca, Mn, Fe, Cu, Zn和Pb。 Zn主要在胚乳中分布, 胚中有少量Zn存在; 在胚乳和胚中存在微量Fe; 胚乳中存在微量Pb, 胚中未观测到Pb。 (4)经含Pb溶液浸泡发芽后, K在玉米种中胚和胚乳中部分富集, Fe分布在种皮和胚乳中, Cu和Zn主要在胚乳中分布; Pb主要在胚根、 胚轴和胚芽中分布, 且Pb在新生根中高度富集。 研究表明, 在种子萌发阶段, Pb等毒性元素可被植物滞留于根部, 制约了其向地上部的转移, 从而揭示了植物对毒性元素的耐受机制。
微区X射线荧光 生物膜 玉米 解毒与耐受机制 微量元素 毒性元素 铅 Microscopic X-ray florescence spectrometry Elemental distribution Biofilms Maize seeds Germination Pb 光谱学与光谱分析
2017, 37(4): 1003
1 中国科学院遥感与数字地球研究所，数字地球重点实验室，北京100094
2 中国科学院大学，北京100049
3 中国农业科学院农田灌溉研究所，河南 新乡453002
叶面积指数(LAI)是衡量湿地生态系统健康状况的重要指标.根据鄱阳湖湿地植被生长密集、LAI动态范围大的特点，针对雷达数据的复杂散射机制，利用Freeman-Durden极化分解技术，定义了一种雷达植被指数，并考虑光学植被指数的饱和性，尝试将光学植被指数和雷达植被指数相结合，构建融合植被指数来估算植被LAI.通过实测数据和理论模型模拟数据与LAI的相关性分析，表明融合植被指数能有效地提高与LAI的相关性.利用融合植被指数、光学植被指数、雷达植被指数与LAI构建最佳拟合模型得出：光学微波融合植被指数能更准确地估算鄱阳湖湿地植被LAI.
融合植被指数 叶面积指数 高分一号 Freeman-Durden极化分解 鄱阳湖湿地 integrated vegetation indices leaf area index (LAI) GF-1 Radarsat-2 Radarsat-2 Freeman-Durden Polarization decomposition Poyang lake wetland
南京栖霞山铅锌矿是华东地区最大的铅锌矿床之一, 已开采50多年, 由此引发的环境问题日益突出。 当地环境中铅含量较高, 但铅的迁移和毒性机理不明。 为此在该地区开展了铅锌矿生物地球化学研究, 借助ICP-MS铅含量分析和Pb-LⅢ边XANES形态分析技术, 在该污染区发现了耐受并富集重金属的浮萍样品, 浮萍中铅的含量为39.4 mg·kg-1。 XANES分析和形态拟合结果显示其含硬脂酸铅65%和硫化铅36.9%, 从而揭示浮萍样品中铅以含硫的有机酸铅形式存在。
铅锌矿 浮萍 铅 Lead zinc mine Duckweed Lead XANES XANES 光谱学与光谱分析
2012, 32(7): 1975
1 国家地质实验测试中心, 北京100037
2 McMaster University, Hamilton, Canada
报道了应用X射线荧光光谱技术在中国本土获得的普通人群原位人体活体骨铅数据， 发表了中国大陆普通居民的胫骨和根骨活体骨铅浓度及其研究结果。 采用Pb的K系谱线进行了原位活体分析人胫骨和根骨骨铅含量。 普通人群样本中所测骨铅含量加权平均值在0.4～22.7 μg·(g骨矿物质)-1之间， 不确定度在7.0～12.5 μg·(g骨矿物质)-1之间， 平均最小检出限20.3 μg·(g骨矿物质)-1。 在污染调查区居民中发现骨铅最高可达73.9 μg·(g骨矿物质)-1。
原位活体分析 骨铅 X射线荧光 In vivo analysis Lead in bone X-ray fluorescence
