致力于“真解决问题”LIBS机遇与挑战并存八戒体育
栏目:专题报道 发布时间:2023-05-11

  八戒体育2023年5月8日-9日,第一届光谱技术及应用大会暨第九届中国激光诱导击穿光谱学术研讨会暨第六届燃烧诊断研讨会在敦煌召开。为期两天的会议,组委会特别安排了多个分会场,不同研究方向的专家们跨界交流,会期同期,第九届中国激光诱导击穿光谱学术研讨会成功召开,300余位科研院所以及相关仪器设备公司的代表出席会议,成为全场最热门的会场。

  激光诱导击穿光谱(以下简称为“LIBS”)自1962年诞生以来八戒体育,在世界范围内受到了广泛的重视,被称为是“未来化学分析巨星”。与传统的化学检测方法相比,LIBS在样品分析方面具有全元素测量,快速,实时,无需样品准备,微损,可实现远程探测、

  ,可应用于以固、液、气任一物态形式存在的样品等优势,并可与拉曼光谱、红外光谱、XRF、高光谱等联用。LIBS可应用于煤质分析、冶金、选矿、水泥生料成分在线分析、壁画原位检测、土壤重金属、磁约束核聚变能、火星、深海等领域,对我国科技发展起着重要作用。看上去能解决真问题,真解决问题却不容易。清华大学王哲教授在大会报告中特别指出,由于不确定性大、基体效益严重(紧密耦合)两大瓶颈问题,LIBS定量分析面临重大的挑战!不过八戒体育,王哲教授也提到,未来随着机理认识逐渐深入,结合人工智能,LIBS仪器的性能会持续提升,同时通过与多光谱联用,相关的功能也会增加。未来,工业在线/原位快速检测、二/三维扫描、特殊应用场景等将是中国 LIBS大规模应用的潜在方向。

  第九届中国激光诱导击穿光谱学术研讨会共安排了42个学术报告和24个学生报告。由大连理工大学丁洪斌教授、上海交通大学俞进教授、中科院沈阳自动化研究所孙兰香研究员、华中科技大学郭连波教授、北京理工大学王茜蒨教授、浙江师范大学周卫东教授共同主持此会议。各位专家围绕LIBS的基础研究、定量化方法、仪器设备和行业应用等展开探讨,并展望了未来LIBS技术及应用的发展趋势。

  LIBS技术作为一种新型的元素识别及定量分析技术,已广泛应用于材料分析、环境监测和航空航天等诸多领域,但在基础研究方面仍面临着如基体效应、环境效应等影响机理不明确、微观物理过程不清晰的关键同题。针对激光等离子体瞬态演化和不均匀特性,以及不同应用场景背景气体作用机制所导效的辐射特性及演化规律认识不全面的局限,苏茂根教授团队发展了集光谱诊断、瞬态图像、激光干涉和阴影成像于一体的激光等离子体瞬态诊断系统,自主开发了适用于不同背景气体、不同激光条件下等离子体辐射流体动力学模型及程序,实现了激光等离子体产生及膨胀演化过程中电子密度、电子温度、离子速度等参数的演化模拟。

  丁洪斌教授首先介绍了LIBS技术特点、应用领域及应用瓶颈,并对激光诱导击穿光谱的基本物理过程进行了讨论,包括纳秒,皮秒,飞秒激光与靶样品相互作用的烧蚀过程,烧蚀相区,等离子体屏蔽效应,等离子体时间、空间演化,光谱自吸收等。其次,他对LIBS信号增强方法,如双脉冲、空间约束、磁场约束等进行了介绍;对基体效应,如表面形状、化学态、硬度等对LIBS谱线强度影响进行了讨论。最后,他对LIBS在核聚变能反应堆第一壁的元素在线检测的最新发展进行了展望。

  郭连波教授研究团队对LIBS在液体检测中的问题及应用进行了攻关研究。针对液体液固转化的过程中出现的咖啡环效应等问题,该团队开发了超亲水多空氧化锡基板、超硫水PDMS/SiO

  涂覆基板、超疏-超亲水限位复合基板以及无基板的超声悬浮液固转化法。在应用方面,他们主要围绕血液癌症诊断,开发了一种新型生物富集增强传感器。研究结果表明,LIBS技术在液体检测领域具有快速、方便和高效等独特优点八戒体育,在生物血液癌症诊断等液体检测领域具有十分广阔的应用前景。

  相比于其他类型的激光器,固体激光器具有输出光束质量好、脉冲能量大、峰值功率高等优点,广泛应用在激光诱导击穿光谱、激光诱导荧光光谱、激光诱导等离子体点火,激光雷达等领域。马欲飞教授在会议中介绍了其课题组在各种小型化固体激光器方面的研究进展,包括自然冷却、高重频大能量、满足环境测试要求的各类型激光器。

  传统的LIBS系统体积较大,局限于实验室使用,为了让LIBS技术从实验室迈向现场应用,段忆翔教授研究团队开展了LIBS仪器小型化的研究。在研发了小型高能非水冷脉冲激光器和纳秒级延时器等关键部件的基础上,该团队还研制了便携台式 LIBS、高能手持式LIBS等一系列分析仪器,并开发了专用的数据库、算法及配套软件。据悉,相关研究成果已成功地应用于石油录井、矿产勘探、合金分析等领域,解决了一系列的现场分析检测难题。

  选矿是贫矿到精矿的关键工艺环节,对提高资源利用率至关重要。在选矿过程中,矿浆中矿物品位的常规测量方式耗时长,劳动负荷大八戒体育,信息反馈后,造成贫矿资源利用率低且精矿产品质量波动大。孙兰香研究员介绍了中科院沈阳自动化所开发的基于LIBS的矿浆品位分析仪,该产品采用双脉冲激发方式对矿浆流柱进行直接测量,解决了7×24小时连续工作的环境适应性问题,以及复杂矿物质高精度建模问题。在定量分析上,其研究团队针对高维变量特征选择问题提出了一种基于类间类内散度的弱监督特征选择方法,针对复杂非线性建模问题提出了一种轻量卷积神经网络建模方法,提高了定量分析性能。此外,她也简要介绍了液态金属在线分析,钢水成分传感器等方面的最新研究进展。

  周小计研究团队针对煤炭等矿物质研发了近距离固体样品的LIBS检测系统,从硬件结构到软件算法进行了多种改进和升级,测试精度以及重复性不断获得提升。同时,该团队对气体检测以及远距离遥测进行了探索,他们采用较为简易的牛顿反射式望远镜结构实现了一套LIBS遥测系统,对几米距离以外的气体物质进行遥测,在5到10米距离测试到气体的光谱信号,并且通过光路设计提高瑞丽长度,获得了较大的激发区域。

  随着现代社会的发展,塑料产品的使用量逐年上升,随之产生的废旧塑料亦与日俱增。LIBS 技术用于塑料分拣具备独特优势,不仅可以实现塑料种类和元素含量的同时检测,而且分析速度快,特别适合于工业领域的在线检测。曾强研究员分享了LIBS技术在塑料分拣方面的研究进展,包括样品库的建立、设备的选择、分析方法的对比等;报告中,他还结合其团队的研究结果,对LIBS 技术用于废旧塑料在线分练的瓶颈问题和发展前景做了分析和探讨。

  随着火星就位LIBS光谱源源不断地发回地球,数据的精准分析和信息的充分挖掘成了光谱学和行星科学所共同关注的科学问题。针对国家科技发展的重大需求和新兴的多学科交叉研究领域,俞进教授团队联合行星地质研究团队,系统地、从在轨数据处理到实验室模拟研究多方位地、开展了针对火星就位探测的LIBS方法研究,比如LIBS火星就位探测所遇到的化学和物理基体效应的研究和校正、水活动相关元素(H和一些碱金属和喊土金属元素如Li、Rb、 Sr、Ba),和生命相关元素(包括C、N、P、S、C1)定量分析方法研究等。

  疾病诊疗、生物医药和公共卫生等一直是人们广泛关注的问题。近年来,LIBS在硬组织、微生物检测、药材药物等领域已得到研究。王茜蒨教授研究团队对临床发病率较高的典型肿瘤、典型炎症以及常用的中西药开展基于LIBS技术的诊断和质量鉴别研究八戒体育。针对各应用场景,该课题组从光谱预处理、特征选择和监督学习模式识别方法进行了全流程分析,评估了随机森林等特征选择方法以及人工神经网络、线性判别分析、支持向量机、偏最小二乘分析、决策树等监督学习识别方法的应用效果。