LIPS技術(shù)及在農(nóng)產(chǎn)品成分分析與種類(lèi)識(shí)別中的應(yīng)用初探.pdf

1、高功率脈沖激光聚焦到靶材目標(biāo)上，不僅可以蒸發(fā)材料分子，同時(shí)也能產(chǎn)生明亮的發(fā)光等離子體。通過(guò)探測(cè)和分析這些等離子體的光譜信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)待測(cè)樣品的定性與定量檢測(cè)。因此，近年來(lái)，國(guó)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(shù)——激光誘導(dǎo)等離子體光譜技術(shù)(LIPS)。它因具有快速原位、實(shí)時(shí)在線(xiàn)、多元素同時(shí)檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境污染物監(jiān)測(cè)、礦產(chǎn)勘測(cè)、爆炸物檢測(cè)及深空探測(cè)等諸多領(lǐng)域的物質(zhì)成分分析方面，具有廣闊的應(yīng)用前景。LIPS技術(shù)正逐漸成為基礎(chǔ)研

2、究和應(yīng)用研究領(lǐng)域廣泛關(guān)注的重要課題之一。
　　目前，LIPS技術(shù)在金屬樣品的檢測(cè)中已獲得了成功應(yīng)用。但對(duì)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(fù)雜、標(biāo)樣制備困難、成分分布不均，采用LIPS進(jìn)行定量檢測(cè)，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(jī)理比金屬樣品更復(fù)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(cè)過(guò)程存在嚴(yán)重的基體效應(yīng)，采用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)定標(biāo)方法所獲得的測(cè)量精度和線(xiàn)性范圍較差。

3、>　　為探索LIPS技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，本文首先對(duì)石墨的激光誘導(dǎo)等離子光譜特性和時(shí)間分辨特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，獲得了LIPS檢測(cè)單組份碳材料的基本規(guī)律；然后，結(jié)合 LIPS與二元線(xiàn)性回歸、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種定量方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)中藥材獨(dú)活根樣品的定量分析；并利用LIPS技術(shù)結(jié)合支持向量機(jī)算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)6種茶葉樣品的可靠分類(lèi)和識(shí)別。
　　本文的主要工作和結(jié)論如下：
　?、匍_(kāi)展了激光誘導(dǎo)石墨等離子體中 CN(B2∑+→X2∑+

4、)和 C原子輻射光譜的時(shí)間演化特性研究。結(jié)果顯示，CN(B2∑+→X2∑+)的發(fā)射持續(xù)時(shí)間是C原子的3倍，強(qiáng)度達(dá)到最大值的時(shí)間在0.2μs到0.8μs間。隨著延遲時(shí)間的變化，電子溫度從11807 K降低到8755 K，振動(dòng)溫度從8973 K降低到6472 K，轉(zhuǎn)動(dòng)溫度從7288 K降低到4491 K。
　?、谘芯苛思す饽芰繉?duì)激光誘導(dǎo)石墨等離子體中CN和C原子輻射的影響。結(jié)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(dòng)溫度和轉(zhuǎn)動(dòng)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(yīng)和CN分子的解離作用，振動(dòng)溫度和轉(zhuǎn)動(dòng)溫度趨于飽和；而在同一時(shí)刻時(shí)的三種溫度的大小關(guān)系為：Telec>Tvib>Trot。實(shí)驗(yàn)測(cè)量了激光誘導(dǎo)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(jí)。
　?、坶_(kāi)展了中藥材樣品的 LIPS檢測(cè)技術(shù)研究。選取獨(dú)活根樣品中

6、 Al元素的308.22nm和309.27nm的兩條特征光譜線(xiàn)作為分析線(xiàn)，建立二元線(xiàn)性回歸方程，回歸預(yù)測(cè)結(jié)果與ICP-AES得到的檢測(cè)值結(jié)果擬合效果很好。這說(shuō)明基于二元線(xiàn)性回歸的定量方法可獲得較好的測(cè)量精度，適用于LIPS技術(shù)檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品中的微量元素。
　?、茉讵?dú)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(xiàn)Ca II317.99nm、Mg I517.27nm和K I769.90nm的光譜強(qiáng)度作為分析指標(biāo)，繪制了Ca

7、、Mg和K元素的定量分析的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的定標(biāo)曲線(xiàn)，建立了中藥材獨(dú)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(xiàn)性擬合系數(shù)R2分別達(dá)到98.96％、99.45%和99.11%。結(jié)果表明，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法定量分析Ca、Mg和K具有更高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性、更小的相對(duì)誤差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，驗(yàn)證了應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)LIPS定量分析的可行性及優(yōu)越性。
　?、蓍_(kāi)展了 LIPS技術(shù)對(duì)茶葉樣品的檢測(cè)研究，結(jié)合支持向量機(jī)算法成功實(shí)