通过传统能量色散X射线荧光分析(EDXRF)对Cd元素进行痕量分析时, X光管发出的原级轫致辐射连续谱对Cd元素的分析具有严重的影响。 为了减弱原级X射线对测量结果的影响, 通过Geant4程序包模拟不同几何尺寸下偏振激发X射线荧光分析(P-EDXRF)中荧光靶的结构, 研究其在减弱测量过程中原级X射线轫致辐射连续谱的影响。 为了提高模拟效率, 本文分三步进行模拟。 第一步模拟不同管电压下电子打靶过程, 得到不同管压下的X光管原级能谱。 第二步针对Cd元素的痕量分析设置不同种类、 不同几何条件的Te及BaSO4作为荧光靶材料进行模拟。 结果表明在使用Kα1能量(27.468 keV)与Cd元素吸收限26.711 keV最为接近的Te作为荧光靶材料时, 随着Te靶厚度增加Te元素的特征峰强度在100 μm前快速增长, 在150 μm后趋于稳定。 而其信噪比(SNR)在80 μm到达最大值21.434。 继续增加厚度由于荧光靶材料的自吸收作用SNR开始有些许下降, 达到饱和吸收厚度后稳定。 在不同应用场景时荧光靶选材应有不同, 对于测量时间没有限制的条件下, 应选择荧光强度更大的荧光靶厚度。 而对于测量时间相对较短的条件下, 则应该选择SNR更大的荧光靶厚度。 第三步模拟通过荧光靶后的出射能谱激发含0.01%Cd的样品, 经过Te靶后的出射能谱激发样品, 得到Cd元素Kα1峰背比为8.28。 相较于直接通过原级谱激发样品, Cd元素Kα1峰背比为2.29, 其峰背比明显提高但Te元素的散射峰对Cd元素Kα1峰仍然有所影响。 选用特征X射线能量与Cd元素Kα1相距更远的BaSO4作为荧光靶材料, 可减弱由于样品中的基体轻元素的散射作用而引起目标元素的峰背比降低情况, 可将Cd元素Kα1峰背比提高至14.179。 通过增大X光管管电压可进一步提高激发效果, 在管电压为70 kV时对于Cd元素有最佳激发效果, 峰背比为21.431。
荧光靶 痕量分析 Geant4 Secondary target Trace analysis P-EDXRF Geant4 P-EDXRF 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1064
中国医学科学院北京协和医学院生物医学工程研究所激光医学实验室, 天津 300192
呼气异戊二烯是一种内源性代谢产物, 其含量与人体血液中的胆固醇水平存在关联。 但人体呼气影响因素众多, 寻找其与胆固醇水平诊断参数的定量相关性, 需要对选取的特定人群进行有效的呼吸气体分析(实时、 在线、 高灵敏度、 高选择性、 高精度的大量呼气数据获取)。 光腔衰荡光谱(CRDS)是一种具有极高灵敏度、 稳定性和选择性的光谱技术。 采用目前市场在售的单波长紧凑型半导体紫外激光器, 搭建了一套基于CRDS的呼气异戊二烯分析仪, 该分析仪主要由激光系统、 真空腔体、 光电探测模块以及数据采集模块构成。 线性拟合的结果显示所获得的衰荡信号接近单指数衰减(R2=0.998 39), 符合朗伯-比尔定律。 探究了不同信号平均次数对衰荡信号稳定性的影响, 综合考虑衰荡信号的稳定性和分析仪的响应时间, 采用128次作为实验过程中的信号平均次数。 对呼气异戊二烯分析仪的性能进行了测试, 为了表征分析仪的稳定性, 持续测量了分析仪16 min的真空衰荡时间。 使用氮气、 空气和呼吸样本, 测量了呼气异戊二烯分析仪的重复性和响应速度。 为了测试分析仪的线性度, 测量了不同粒子数密度的异戊二烯标准气体(10×10-9, 30×10-9, 50×10-9, 100×10-9, 200×10-9)的衰荡时间。 最后分析了在224 nm测量异戊二烯存在的光谱干扰问题(NO, N2O和丙酮)。 实验表明: 分析仪具有高的灵敏度(检测极限为0.49×10-9)、 良好的重复性、 稳定性(0.48%)、 近实时的响应速度(1秒测量一个数据)和良好的线性度(R2=0.993 13), 将检测极限提高至现有水平的1/1 000。 研究证明基于CRDS的便携式呼气异戊二烯分析仪可实现对人体呼气异戊二烯的有效分析。
光谱学 光腔衰荡光谱 呼气异戊二烯 痕量分析 Spectroscopy Cavity ringdown spectroscopy Breath isoprene Trace analysis 光谱学与光谱分析
2021, 41(8): 2415
1 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
为精确测量氮气中痕量甲烷(CH4)浓度, 设计并搭建了基于三角环形腔的连续波光腔衰荡光谱(CW-CRDS)测量装置。 衰荡腔为自主加工设计, 由一片曲率半径为1 m直径为25 mm的凹面镜和两片直径为12.7 mm的平面镜围成, 腔内光路总长为410 mm, 腔体材料为殷钢。 首先, 对系统的基线损耗进行了测量, 随后利用氮气作为混合气配置了五种不同浓度的CH4与N2的混合气, 利用CH4 在1 653.7 nm的吸收峰(CH42ν3带R5支)对气体进行检测, 并根据吸收谱线特性, 利用洛伦兹线型函数通过最小二乘法拟合出衰荡时间常数τ并计算CH4浓度, 所搭建装置对甲烷浓度(体积分数)的检测灵敏度可达54×10-9(五点四亿分之一)。 最后对浓度为510×10-9(五千一百万分之一)的CH4在6 046.7~6 047.2 cm-1范围内的吸收光谱进行了测量, 并将测得数据依照腔自由光谱范围(FSR)分组后分别拟合出τ和吸收系数, 将所得CH4吸收系数与数据库中数据相比, 其最大误差低于1.2×10-9 cm-1, 最高精度达8.8×10-11 cm-1。
激光谐振腔 痕量气体 甲烷 吸收光谱 Laser resonator Trace analysis Methane Absorption spectrum 光谱学与光谱分析
2020, 40(7): 2023
1 湖南科技大学 化学化工学院, 理论有机和功能分子教育部重点实验室, 精细聚合物可控制备与功能应用湖南省重点实验室, 湖南 湘潭 411201
2 湖南科技大学 材料科学与工程学院, 湖南 湘潭 411201
以自组装方式制备了Au@Fe3O4/核酸适体/氨基-碳量子点磁性生物纳米复合物, 并提出一种磁分离荧光传感法用于黄曲霉毒素B1的检测.当样品中有黄曲霉毒素B1时, 磁性生物纳米复合物中核酸适体选择性地与黄曲霉毒素B1结合并释放出氨基-碳量子点, 经磁性分离后, 氨基-碳量子点留在溶液中, 体系溶液荧光强度随黄曲霉毒素B1浓度的增大而增强.黄曲霉毒素B1浓度在0.001~1.0 ng/mL范围与溶液荧光强度成良好线性关系, 线性相关系数为0.996 4, 检测限为0.3 pg/mL.该方法利用磁性分离技术, 有效地消除了背景荧光影响, 改善了荧光传感性能.
荧光传感器 痕量分析 黄曲霉毒素B1测定 磁性分离 核酸核酸适体 氨基-碳量子点 Fluorescent sensor Trace analysis Detection of aflatoxin B1 Magnetic separation Aptamers Aminofunctioned carbon quantum dots 光子学报
2018, 47(11): 1128001
中国科学院南京土壤研究所土壤与环境分析测试中心, 江苏 南京210008
探讨了硒测定的几种预处理方法, 采用一种程序控温的石墨消解系统来消化处理柑橘叶、 茶叶、 灌木叶、 圆白菜、 大米五种代表性的植物标准样品。 详细研究了这类植物样品前处理方法中消解液用量、 消解温度以及消解时间对植物样品中硒提取效果的影响； 优化了氢化物发生-原子荧光光谱法（HG-AFS）的仪器参数条件； 在氢化物反应条件中重点考察了还原剂KBH4浓度和酸度（HCl）对硒测定的影响, 不仅考虑了载流HCl浓度的影响, 还从样品HCl浓度就酸度对硒测定影响作了进一步细致研究, 从而建立了石墨消解-氢化物发生原子荧光光谱法测定这类植物样中痕量硒的最佳测定方法。 结果显示: 该方法中硒加标回收率在87.1%～106.2%, 检出限0.018 μg·L-1, 精密度RSD＜6.0 %, 标准物质的测试结果与参考值均相吻合； 在0～10 μg·L-1低标范围内和在0～100 μg·L-1 高标范围内, 荧光值与硒浓度均呈线性相关, 相关系数分别为r=0.999 9和=0.999 7。 因此该方法具有线性范围宽、 灵敏度高、 检出限低, 稳定性好的显著特点, 尤其适合如柑橘叶、 茶叶、 灌木叶、 圆白菜、 大米等这类批量植物样品硒的痕量分析, 且该方法操作简便安全, 实用性强, 仪器成本低, 所用试剂毒性小, 可作为一般实验室的常规分析方法。
硒 石墨消解 程序控温 氢化物发生-原子荧光光谱 痕量分析 植物样品 Selenium Graphite digestion Program temperature-controlled HG-AFS Trace analysis Plant sample
1 四川大学 建筑与环境学院,成都 610065
2 金开利环境工程有限公司,广东 深圳 518109
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900
研究了高功率激光装置光路中的分子级污染程度。采用专用空气采样动力设备及吸附管,在一定时间内对光路中的空气进行采样并作痕量分析后,得出了卤素、含硫化合物、可溶性胺类和氨、碳氢化合物 (C6～C16有机物) 4类物质在打靶前后的数密度变化。结果显示:除含硫化合物外,其余3种物质数密度超过了美国NIF标准的上限,其中氨和可溶性胺类、碳氢化合物的数密度超过较多;卤素、含硫化合物、氨和可溶性胺类的数密度在打靶后比打靶前有所降低,而碳氢化合物的数密度在打靶后比打靶前有所升高。结果表明在该装置中存在比较严重的气载分子污染物污染。分析了气载分子污染物数密度变化的原因以及可能的产生源,并对如何去除这些气载分子污染物提出了建议。
高功率激光装置 光学元件损伤 分子级污染物 痕量分析 high power laser facility optical component damage airborne molecular contaminants trace analysis
激光平面切割所面对的原始对象是众多无序的曲线段, 而加工轨迹间的定位以及切割过程本身却是一个有序的连续加工过程。如何将无序的曲线段转换成有序的并且符合激光切割工艺要求的加工轨迹, 如何将杂散的轨迹规划成高效的切割路径从而最终生成数控(NC)加工代码, 这些都是实现激光平面切割自动编程的关键。根据激光平面切割轨迹和加工工艺的特点, 对实现自动编程所必须解决的若干关键技术进行了深入分析, 对每一个关键步骤均给出了解决方案和思路, 最终实现了经“轨迹的自动提取”、“轨迹间关系的自动判别”、“开光点的自动创建”、“最短切割路径的自动规划”等关键步骤由无序的曲线段自动生成数控程序的过程。
光学制造 激光加工 自动编程 轨迹分析 平面切割
1 武汉大学化学系, 武汉 430072
2 武汉大学分析测试中心, 武汉 430072
提出了一种以样品前后表面反射的探测光束在远场形成干涉为基础的新的光热干涉探测技术.给出了聚焦激光束照射平板样品时两反射光束在远场形成的干涉场光强分布和调制光束加热时的光热干涉信号表达式.光强分布和实验测量结果一致.并以氟铝酸盐玻璃平板为样品进行了光热实验.还讨论了该光热方法作为一种灵敏的检测技术在光学材料特性、弱吸收测量以及微体积痕量分析等方面的应用前景.
光热 干涉 微体积痕量分析
1 中国计量学院, 杭州 310034
2 中国科学院安徽光机所激光光谱学实验室, 合肥 230031
