作者单位
摘要
1 江苏大学农业工程学院, 江苏 镇江 212013
3 石河子大学机械电气工程学院, 新疆 石河子 832003
农业生物质能已逐步成为我国现代工业主要清洁能源之一。 利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术实现秸秆炭热值(CV)精准预测。 针对传统X自变量特征提取方法在LIBS定量分析秸秆炭CV过程中缺陷问题, 提出了一种XY双变量特征提取法。 研究首先分析了秸秆炭CV与各元素含量之间相关性, 选取与CV相关性极显著(p<0.01)的Y型特征变量, 其主要获取了以炭单质、 芳香环和羧基等形式存在的C, O, H和Na元素的分析线展宽波段; 同时通过筛选偏最小二乘回归(PLSR)模型回归系数阈值获取与CV相关的X型特征变量, 当阈值为4×10-5时模型交互验证均方根误差(RMSECV)降至最低值, 其所对应的变量主要为参与农作物生理生长的Ca, Cr, Mg和K元素的分析线光谱线。 基于所提取XY双特征变量构建遗传算法优化及自适应增强的人工神经网络(GA-BP-Adaboost)模型, 当变异概率、 交叉概率和相对误差率(RE)分别设为0.1, 0.95和0.01时, 最优模型预测平均相对误差(AREP)和预测相对标准误差(RSDP)分别为2.39%和2.97%, 相比于XY-PLSR模型效果分别较低了0.82%和0.91%。 结果表明: XY双变量特征提取法结合GA-BP-Adaboost模型可以为生物质炭在工业使用过程中CV精确定量预测分析提供方法依据。
秸秆炭 热值 激光诱导击穿光谱 XY双变量特征提取法 自适应增强的人工神经网络模型 Straw charcoal Calorific value LIBS XY bivariate feature extraction GA-BP-AdaBoost 
光谱学与光谱分析
2022, 42(11): 3435
作者单位
摘要
1 江苏大学农业工程学院, 江苏 镇江 212013
2 石河子大学机械电气工程学院, 新疆 石河子 832003
生物炭还田能够提供大量植物可吸收利用的有效态磷。 采用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对秸秆基生物炭中水溶态磷(P)元素进行定量检测研究。 首先选用疏水性的聚乙烯平板作为液固转换基底以降低液滴干燥后基底表面严重的“咖啡环效应”。 为解决生物炭中水溶态P元素LIBS信号低灵敏度问题, 研究并探讨了3种粒径金纳米颗粒(Au nanoparticles, AuNPs)对P元素4条分析谱线的信号增强性能。 结果表明大粒径(73 nm和105 nm)的金纳米颗粒更容易发生聚集效应, 并且光谱信噪比较大。 进一步地比较分析了3种粒径金纳米颗粒增强后P 元素的单变量校正曲线模型效果, 45 nm的金纳米颗粒信号增强后的单变量校正曲线模型效果均最优。 将该粒径金纳米颗粒增强后的4条分析谱线展宽波段光谱用于弹性网络-支持向量回归(EN-SVR)模型构建, 其最优模型的预测平均误差(ARP)和预测相对标准偏差(RSDP)分别为5.40%和11.09%。 研究结果表明纳米颗粒增强激光诱导击穿光谱(NELIBS)结合EN-SVR模型可以用于生物炭中水溶态P元素精确定量检测。
激光诱导击穿光谱 金纳米颗粒 生物炭 磷元素 弹性网络-支持向量回归 Laser induced breakdown spectroscopy Au nanoparticles Biochar Phosphorus ElasticNet-Support vector regression 
光谱学与光谱分析
2021, 41(7): 2301
作者单位
摘要
1 中国地质大学(武汉)珠宝学院, 湖北 武汉 430074
2 滇西应用技术大学珠宝学院, 云南 腾冲 679100
南红玛瑙是玛瑙中比较特殊的品种, 因其温润的质地和鲜艳的颜色被广大消费者接受。 云南保山南红玛瑙原石中常出现一种在外侧透明且与内侧分界明显的特殊条带, 在研究南红玛瑙时较少有提到这种条带。 采用显微激光拉曼光谱、 场发射扫描电镜来对此条带展开分析, 测试结果表明拉曼光谱中外侧(Ⅰ区)与内侧(Ⅱ区)区别在于503 cm-1峰的强弱变化和400 cm-1峰的分裂程度变化。 两个样品结果都显示503 cm-1峰强从外到内呈现逐渐减少直至消失以及400 cm-1峰在Ⅰ区和Ⅱ区规律性变化。 503 cm-1拉曼峰代表一种二氧化硅中间相矿物——斜硅石, 说明从外到内斜硅石的含量逐渐降低直至消失。 400 cm-1分裂峰396和402 cm-1的分裂程度随着503 cm-1峰强的减弱其分裂程度增强, 而400 cm-1的分裂程度差异反映玛瑙的结晶程度, 因此结晶程度与斜硅石的含量存在一定的相关性。 选取YND-6#2进行计算斜硅石的含量, 通过模拟I(503 cm-1)/ I(465 cm-1)峰强度比值与斜硅石含量的关系函数, 计算得到斜硅石含量最大值为11.67%, 表明其形成为非蒸发环境。 扫描电镜结果表明从Ⅰ区到Ⅱ区颗粒的尺寸增加、 排列的有序程度增加、 自形程度增加, 表明从Ⅰ区到Ⅱ区结晶程度增加, 综上得到南红玛瑙特殊条带内斜硅石含量的规律变化和结晶程度的变化以及Ⅰ区与Ⅱ区微观形貌差异和外观差异表明其为不同的生长阶段。
南红玛瑙 条带 斜硅石 结晶程度 Nanhong agate Band Moganite The degree of crystallinity 
光谱学与光谱分析
2021, 41(4): 1271

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