近年來土壤污染逐漸成為威脅我國生態(tài)和糧食安全的重大問題,這使得對土壤污染成分信息的檢測變得十分重要。傳統(tǒng)的檢測方法存在制樣復(fù)雜、耗時長等問題,難以實現(xiàn)快速檢測,而激光探針技術(shù)因具有分析快速、制樣簡單、操作便捷等優(yōu)點則成為土壤檢測領(lǐng)域的研究熱點。然而目前該技術(shù)易受基體效應(yīng)、自吸收效應(yīng)和光譜干擾影響,使得檢測靈敏度和準(zhǔn)確度難以滿足實際需求。為解決這些問題,本文對土壤污染激光探針檢測技術(shù)進行了系統(tǒng)研究。具體研究內(nèi)容如下:提出分類定標(biāo)方法解決土壤成分激光探針分析時基體效應(yīng)的影響。首先采用支持向量機算法對10種不同類型土壤進行分類,獲得了100%分類準(zhǔn)確度,并在此基礎(chǔ)上采用基于小波變換去背景和標(biāo)準(zhǔn)加入法的激光探針技術(shù),大幅度提高了定量分析的準(zhǔn)確度,使不同類型土壤中Pb元素的定量分析預(yù)測均方根誤差由超過300 ppm改善到小于40 ppm。針對土壤重金屬元素檢測中的光譜干擾及檢測靈敏度較差的問題,提出了共振激發(fā)輔助激光探針技術(shù)的解決方案。以Pb元素為例,利用283.31 nm的激光,在14μs延時的條件下消除了土壤中Fe、Ti、Mn元素譜線對Pb元素譜線的干擾。在痕量范圍內(nèi)使Pb元素定標(biāo)曲線的決定... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：130 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

“好奇號”火星車示意圖

圖 1-2 LIBS 技術(shù)原理示意圖一般來說，LIBS 檢測過程可分為三個階段：第一階段為等離子體產(chǎn)生階段；第二階段為等離子體發(fā)射光譜的收集與分光階段；第三階段為光電轉(zhuǎn)化階段。第一階段過程如圖 1-3 所示，該過程包括了等離子體的演化過程[37]。具體過程為：（1）激光入射；（2）激光開始燒蝕樣品表面；（3）激光燒蝕后物質(zhì)開始等離子體化；（4）等離子體在激光脈寬時間內(nèi)被激光繼續(xù)加熱，使更多的粒子進入高能級激發(fā)狀態(tài)；（5）等離子體冷卻初期，在此時期大多數(shù)電子處于游離態(tài)，能級在連續(xù)區(qū)，電子無規(guī)則碰撞產(chǎn)生大量的韌致輻射，表現(xiàn)在光譜上為高強度的連續(xù)光譜；（6）隨著等離子體溫度降低，電子回歸到分立能級，在分立能級向下躍遷的過程中向外發(fā)射大量的元素特征光譜；（7）等離子體繼續(xù)冷卻，大部分粒子回歸基態(tài)，光譜消

圖 1-3 激光誘導(dǎo)等離子體時間演變過程第二階段為等離子體發(fā)射光譜的收集與分光階段，主要與收集方式和分光方式相關(guān)。目前主流的收集方式為聚焦透鏡和光纖相結(jié)合的方式，即利用聚焦透鏡將等離子體發(fā)射光信號聚焦到光纖之中，再通過光纖將光信號傳輸?shù)焦庾V儀中進行分光。而分光儀器主要分為光譜儀和單色儀。對于單一元素的檢測，為節(jié)省成本可以設(shè)計為單色儀分光；而在科學(xué)研究中往往需要對多種元素進行研究，一般采用光譜儀分光以獲得較寬范圍的光譜信息。第三階段的光電轉(zhuǎn)換主要與光電轉(zhuǎn)化器件相關(guān)。目前主流的光電轉(zhuǎn)化器件為電荷耦合探測器（CCD）與增強型電荷耦合探測器（ICCD）。由于 ICCD 具有較高的時間分辨能力，在科學(xué)研究中常常被采用。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的土壤理化信息檢測方法研究[D]. 余克強.浙江大學(xué) 2016



本文編號：3012864