1 中国科学院上海光学精密机械研究所信息光学与光电技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
3 湖南大学化学化工学院，湖南 长沙 410082
4 上海镭慎光电科技有限公司，上海 201899
5 中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵州 贵阳 550081
地下水重金属污染正在严重威胁环境安全和人体健康。荧光探针检测技术因具有灵敏度高、选择性好等优势，已成为检测重金属离子浓度的常用方法之一。受限于光源和光学系统的体积与成本等因素，现有重金属荧光检测装置无法满足现场原位检测需求。本文研制了一种地下水重金属荧光原位检测装置，其光学探头以紫外发光二极管（LED）为光源，采用共聚焦光路设计，荧光收集角范围可达102°，外径不超过60 mm，实现了小型化和低成本化。同时，以商用化台式荧光分光光度计作为参照设备，搭载相同的二价汞离子（Hg2+）荧光探针，开展了对比性能测试。实验结果表明，本文研发的装置具有良好的稳定性和线性响应特性，相关系数R2为0.989，检测限可达到1.4710-9，各项性能参数不亚于台式荧光分光光度计。
光学仪器 地下水原位检测 荧光光谱 重金属检测 紫外发光二极管 激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2130001
南京信息工程大学江苏省大数据分析技术重点实验室, 江苏 南京 210044
土壤中重金属元素检测是环境保护事业的重点之一, 因此亟需一种能够快速检测土壤重金属浓度的定量分析手段。 该研究旨在建立一种基于激光诱导击穿光谱结合偏最小二乘法的含油土壤中重金属元素快速定量检测方法。 通过激光诱导击穿光谱(LIBS)获取含油土壤光谱数据, 采用偏最小二乘法(PLS)对样品中铜、 镍元素进行定量分析预测, 并在此基础上, 结合区间以及后向区间法对全谱进行变量筛选, 构建形成区间偏最小二乘法(iPLS)和后向区间偏最小二乘法(BiPLS)定量分析铜、 镍元素含量的模型。 结果表明: 后向区间偏最小二乘法(BiPLS)在剔除了干扰信息的基础上, 保留了更多的有效光谱信息, 获得了比PLS和iPLS更好的预测结果: 铜元素的测试集预测结果的决定系数()和均方根误差(RMSEP)分别为0.944 9和0.036 3, 相对分析误差(RPD)为3.0; 镍元素的测试集预测结果的和RMSEP分别为0.933 7和0.041 4, RPD为2.6, 两元素的BiPLS预测结果相较于PLS和iPLS方法均有所提升。 因此, 针对含油土壤重金属元素光谱信息, BiPLS算法相较于iPLS和PLS算法更适合与LIBS光谱相结合, 筛选对Cu和Ni两种重金属元素定量分析贡献度较大的特征变量, 进而提升模型的预测效果。 该方法将促进LIBS技术应用于土壤品质在线评价。
含油土壤 重金属检测 激光诱导击穿光谱 偏最小二乘法 Oil-contaminated soil Heavy metal detection LIBS Partial least squares 光谱学与光谱分析
2020, 40(12): 3812
长江大学物理与光电工程学院, 湖北 荆州 434023
为了实现激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对自然水体中痕量Cu元素的快速检测，实验以蒙脱石粉末为吸附基底，富集溶液中的Cu元素后进行LIBS测量。分析样品的发射光谱特性后确定了324.7 nm特征谱线为Cu的分析线；基于不同参数条件下分析谱线的强度和信噪比，得出最佳激光光斑尺寸为100 μm，最优激光能量为45.9 mJ，最佳延迟时间为3 μs。在最佳实验参数条件下，建立了水体中Cu元素的定标曲线，拟合结果显示，线性相关系数为0.996，检测限达到0.03 mg/L。利用该方法对不同地点采集的水样进行检测，所测结果与电感耦合等离子原子发射光谱法测量结果一致，表明该方法可用于自然水体中Cu元素的测量。
光谱学 激光诱导击穿光谱 重金属检测 蒙脱石 富集 激光与光电子学进展
2016, 53(11): 113003
1 中国科学院合肥物质科学研究院, 安徽 合肥 230031
2 中国人民解放军陆军军官学院, 安徽 合肥 230031
3 无锡中科智能农业发展有限公司, 江苏 无锡 214105
针对量子点荧光猝灭法检测Cu2+大多通过实验室化学分析或大型仪器检测而难以满足现场检测需求的问题, 设计了一种可用于现场检测的痕量Cu2+光化学传感器, 主要包括光学感知模块与信号处理模块, 光学感知模块完成激光光源的输出与荧光的激发, 信号处理模块完成微弱荧光信号的光电转换、 信号放大、 数据处理与显示。 利用自行研制的光电采集、 转换与信号处理系统完成痕量Cu2+的快速检测, 实现了检测仪器的小型化与低成本。 实验结果表明, 在Cu2+浓度30～1 000 nmol·L-1范围内传感器检测结果具有较好的线性关系, 拟合后的直线方程为y=0.109 77x+11.872 32, 线性度为0.994 82, 标准方差3.994 24, 检测下限达到30 nmol·L-1, 传感器响应时间为40 s, 实验测定了其他共存离子对Cu2+检测结果的干扰, 实验结果表明该传感器可以满足痕量Cu2+现场检测的需求。
CdTe量子点 重金属检测 荧光猝灭 光化学传感器 CdTe quantum dots Heavy metal detection Fluorescence quenching Optical chemistry sensor 光谱学与光谱分析
2012, 32(12): 3411
