基于LIBS技术的沉积物中重金属元素Zn的分析研究

• 作者: 张超 朱林 李楠 田野 郑荣儿 郭金家
• 来源期刊: 光谱学与光谱分析
• 学科: 物理学
• 关键词: 激光诱导击穿光谱(LIBS) 便携式装置 沉积物 重金属元素Zn 定量分析
• 年，卷（期）: 2020,（11）
• 页码范围: 3612-3617
• 页数: 6页
• 分类号: O433.4
• 语种: 中文
• DOI: 10.3964/j.issn.1000-0593(2020)11-00-06

摘要

随着经济的发展,海洋、河流污染日益严重,沉积物是判断海洋、河流重金属污染程度的重要窗口,实际调查中也迫切需要能对沉积物污染程度快速检测的技术.激光诱导击穿光谱技术(L IBS)具有实时、样品预处理简单、多种元素同时检测等优点,是一种可用于在线分析沉积物中重金属元素的有效手段.应用实验室研发的便携式LIBS装置开展了沉积物中Zn元素的检测,该装置采用Nd:YAG脉冲激光器作为激发光源,用单通道微型光纤光谱仪进行分光检测,装置整体尺寸为371mm×192mm×294mm,可方便的进行现场测量.为实现LIBS技术对沉积物的定量分析,首先在实验室对沉积物的LIBS数据进行预处理,对八种沉积物样品进行干燥、过筛、混匀和压片处理后进行测量,通过对比采用四种不同标准化方法处理后光谱的相对标准偏差(RSD),确定最佳光谱标准化方法为结合等离子体特征的标准化,采用该方法后的RSD降至未标准化处理光谱的五分之一;之后分别采用单变量分析方法和带动量因子的自适应学习率三层BPNN算法进行定量分析,BP算法的训练相关系数R2达到0.99,预测误差为3.2％,相比单变量定量分析方法预测结果改善了一倍.同时,针对现场快速分析,对比了不同干燥时间下沉积物光谱强度变化,12 m in后随干燥引起的信号强度变化不大,因此确定现场探测对沉积物的干燥时间为12 min.利用该装置在胶州湾海域六个不同站位进行了现场沉积物采集和测量试验,在甲板上对现场采集的沉积物样品快速烘干后进行L IBS探测,并采用上述实验室建立的定量方法对Zn元素进行浓度预测,与带回实验室采用原子吸收分光光度法(AAS)的检测结果相比,LIBS探测结果的平均误差为8.32％.该实验结果验证了该装置应用于现场沉积物快速测量的可行性,同时证明了结合等离子体特征的标准化方法以及BPNN用于沉积物中Zn元素浓度预测的适用性.

作者信息

序号	姓名	单位	发文数	被引次数	H指数	G指数
1	郑荣儿		101	760	16.0	21.0
2	郭金家		37	238	9.0	14.0
3	张超		19	54	5.0	7.0
4	田野		15	78	4.0	8.0
5	李楠		11	58	5.0	7.0
6	朱林		3	20	2.0	3.0