长春工业大学电气与电子工程学院, 吉林 长春 130012
在合金钢众多成分中碳(C)属于微量非金属元素, 其含量决定了合金钢的主要力学性能, 准确、 实时掌握C元素的含量, 对合金钢的生产及分类起到关键作用。 双脉冲激光诱导击穿光谱(DP-LIBS)是一种可用于在线快速分析合金钢中元素的有效手段, 不仅具有实时、 样品预处理简单等优点, 还能够增强物质的烧蚀度和信号强度, 从而提高LIBS技术的检测灵敏度。 为了减小基体效应影响, 进一步提高LIBS技术对合金钢中微量C元素定量分析的精确性, 采用多元素多谱线的修正方法, 通过DP-LIBS结合反向传播人工神经网络(BP-ANN), 建立多变量GA-BP-ANN定标法。 首先在氩气环境对合金钢样品进行DP-LIBS采集, 目标C元素选择了谱线强度变化能够体现其含量变化的C 193.09 nm处的原子谱线, 同时选取共存元素Fe, Cr, Mn和Si对应的特征谱线, 以提供更多的光谱信息, 提高C元素定量分析的准确度, 共选择15条特征分析谱线, 其中Fe元素含量丰富且相对稳定, 作为内标元素引入以减小谱线波动; 之后通过遗传算法(GA)寻优, 对C/Fe, Cr/Fe, Mn/Fe和Si/Fe的谱线强度比进行优化选择; 最后将GA选择的多谱线强度比作为BP-ANN网络的输入, 输出为目标C元素浓度值, 建立多变量GA-BP-ANN定标方法。 为比较该方法预测结果的精确性, 同时建立传统定标曲线法与以C/Fe为输入的单变量BP-ANN定标方法。 利用标准合金钢样品, 通过留一法交叉预测C元素含量值, 与内标法和单变量BP-ANN定标方法相比, 预测样品的平均相对误差分别由14.78%和14.75%减小到8.29%, 预测值与真实值之间的决定系数R2分别由0.967 4和0.974 4提升至0.989 3。 结果说明了多变量GA-BP-ANN定标法预测的C元素含量更接近于真实含量, 证明了该方法用于LIBS检测合金钢中C元素含量的可行性。
双脉冲LIBS 定量分析 低碳合金钢 多变量 Double pulse laser induced breakdown spectroscopy (DP-LIBS) Quantitative analysis Low-carbon alloy steels Multi-variable GA-BP-ANN GA-BP-ANN
浙江师范大学 浙江省光信息检测与显示技术研究重点实验室, 浙江 金华 321004
采用两台波长1064 nm的调Q脉冲Nd∶YAG激光器和多通道小型光纤光栅光谱仪，建立了一套共线双脉冲激光诱导击穿光谱分析装置。与单脉冲激光诱导技术相比，在最佳双脉冲时间延时8 μs时，Mn I 403.07 nm 和 Cr I 425.43 nm 的光谱强度分别增加了14.3倍和17.2倍，以这两条谱线为分析线，铝合金中 Mn 和 Cr的检测限分别由单脉冲时的73和94.5 μg/g降低至双脉冲时的3.76和4.26 μg/g，检测灵敏度提高了约20倍。
激光诱导击穿光谱 铝合金 检测限 灵敏度 DP-LIBS aluminum alloy limit of detection sensitivieness 强激光与粒子束
2018, 30(9): 099001
1 蚌埠学院数学与物理系, 安徽 蚌埠 233030
2 安徽师范大学原子与分子物理研究所, 安徽 芜湖 241000
为了综合比较单双脉冲激光诱导击穿光谱技术(LIBS)在液体中重金属元素的检测效果, 利用自建的液相射流单-双脉冲LIBS技术装置, 对AlCl3水溶液中的Al元素LIBS特性进行测量和分析。 实验中使用两台532 nm Nd∶YAG激光器作为激发光源, 等离子体辐射信号通过光谱仪和ICCD进行采集。 实验研究了单脉冲下Al(396.15 nm)发射谱线的谱线强度随激光能量、 ICCD门延时、 门宽之间的变化关系, 获得了最优化实验参数激光能量为50 mJ, ICCD门延迟为1 200 ns, 门宽为150 ns。 在相同的实验条件下, 实验考察了Al(369.15 nm)发射谱线的谱线强度随双脉冲之间的延时, 激光总能量, ICCD门延时的变化关系, 获得了最优化实验参数为两双脉冲之间的延时为1 000 ns, 激光总能量为50 mJ, ICCD门延时为1 100 ns。 单脉冲和双脉冲条件下获得重金属Al的LIBS检测限分别为26.79和10.80 ppm, 双脉冲LIBS技术使元素检测限下降2倍多。 实验结果表明双脉冲可以提升LIBS技术的探测灵敏度, 为LIBS技术应用于水体中重金属快速检测提供了依据。
激光诱导击穿光谱(LIBS) 单－双脉冲 液体射流 检测限 SP-LIBS DP-LIBS Al Liquid jet Limit of detection
