LIPS技術及在農(nóng)產(chǎn)品成分分析與種類識別中的應用初探.pdf

1、高功率脈沖激光聚焦到靶材目標上，不僅可以蒸發(fā)材料分子，同時也能產(chǎn)生明亮的發(fā)光等離子體。通過探測和分析這些等離子體的光譜信號，可以實現(xiàn)待測樣品的定性與定量檢測。因此，近年來，國內(nèi)外科研人員提出了一種發(fā)展迅速的新型光譜分析技術——激光誘導等離子體光譜技術(LIPS)。它因具有快速原位、實時在線、多元素同時檢測等優(yōu)點，在環(huán)境污染物監(jiān)測、礦產(chǎn)勘測、爆炸物檢測及深空探測等諸多領域的物質(zhì)成分分析方面，具有廣闊的應用前景。LIPS技術正逐漸成為基礎研

2、究和應用研究領域廣泛關注的重要課題之一。
　　目前，LIPS技術在金屬樣品的檢測中已獲得了成功應用。但對于包含多種金屬、非金屬元素成分的農(nóng)產(chǎn)品，因其成分體系復雜、標樣制備困難、成分分布不均，采用LIPS進行定量檢測，尚存在著一些困難和挑戰(zhàn)。激光在農(nóng)產(chǎn)品表面的燒蝕機理比金屬樣品更復雜、所產(chǎn)生的雙原子分子自由基CN和C原子輻射特性尚不明確；而且檢測過程存在嚴重的基體效應，采用傳統(tǒng)的標準曲線定標方法所獲得的測量精度和線性范圍較差。

3、>　　為探索LIPS技術在農(nóng)產(chǎn)品檢測領域的應用，本文首先對石墨的激光誘導等離子光譜特性和時間分辨特性進行了系統(tǒng)的研究，獲得了LIPS檢測單組份碳材料的基本規(guī)律；然后，結合 LIPS與二元線性回歸、BP神經(jīng)網(wǎng)絡兩種定量方法，實現(xiàn)了對中藥材獨活根樣品的定量分析；并利用LIPS技術結合支持向量機算法，實現(xiàn)了對6種茶葉樣品的可靠分類和識別。
　　本文的主要工作和結論如下：
　?、匍_展了激光誘導石墨等離子體中 CN(B2∑+→X2∑+

4、)和 C原子輻射光譜的時間演化特性研究。結果顯示，CN(B2∑+→X2∑+)的發(fā)射持續(xù)時間是C原子的3倍，強度達到最大值的時間在0.2μs到0.8μs間。隨著延遲時間的變化，電子溫度從11807 K降低到8755 K，振動溫度從8973 K降低到6472 K，轉(zhuǎn)動溫度從7288 K降低到4491 K。
　?、谘芯苛思す饽芰繉す庹T導石墨等離子體中CN和C原子輻射的影響。結果顯示，CN分子和C原子的激發(fā)閾值和光譜特性呈現(xiàn)不同特征：在

5、低激光能量下， CN發(fā)射的電子激發(fā)溫度、電子密度、振動溫度和轉(zhuǎn)動溫度增加很快；在高激光能量下，CN發(fā)射的電子激發(fā)溫度和電子密度增加較慢，由于等離子體屏蔽效應和CN分子的解離作用，振動溫度和轉(zhuǎn)動溫度趨于飽和；而在同一時刻時的三種溫度的大小關系為：Telec>Tvib>Trot。實驗測量了激光誘導石墨等離子體的電子密度，發(fā)現(xiàn)其電子密度在1017?1018 cm-3量級。
　?、坶_展了中藥材樣品的 LIPS檢測技術研究。選取獨活根樣品中

6、 Al元素的308.22nm和309.27nm的兩條特征光譜線作為分析線，建立二元線性回歸方程，回歸預測結果與ICP-AES得到的檢測值結果擬合效果很好。這說明基于二元線性回歸的定量方法可獲得較好的測量精度，適用于LIPS技術檢測農(nóng)產(chǎn)品中的微量元素。
　　④在獨活根樣品的LIPS光譜圖中分別選取Ca、Mg和K元素的特征譜線Ca II317.99nm、Mg I517.27nm和K I769.90nm的光譜強度作為分析指標，繪制了Ca

7、、Mg和K元素的定量分析的BP神經(jīng)網(wǎng)絡法的定標曲線，建立了中藥材獨活根樣品中鈣、鎂和鉀含量的光譜分析新方法，其中Ca、Mg和K的線性擬合系數(shù)R2分別達到98.96％、99.45%和99.11%。結果表明，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡法定量分析Ca、Mg和K具有更高的準確性和穩(wěn)定性、更小的相對誤差和相對標準偏差，驗證了應用BP神經(jīng)網(wǎng)絡法對LIPS定量分析的可行性及優(yōu)越性。
　?、蓍_展了 LIPS技術對茶葉樣品的檢測研究，結合支持向量機算法成功實