《基於雷射誘導光學薄電漿煤質精密分析研究》是依託山西大學，由尹王保擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於雷射誘導光學薄電漿煤質精密分析研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：尹王保
- 依託單位：山西大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用雷射誘導擊穿光譜對物質成分進行定量分析是光譜分析領域一種嶄新的分析手段和熱點。但在用該技術分析微量元素(如煤中次主要元素)的實踐中，通過利用電漿局部熱平衡態理論及最佳化分析算法等傳統的方法和措施，其分析精密度仍達不到要求，這成為制約該技術推廣套用的關鍵問題。本項目擬在局部熱平衡態條件下，基於電漿光學薄的物理本質，通過研究雷射誘導電漿動力學過程，確定同一（或接近）上能級的原子（離子）在往不同的下能級躍遷時各自的輻射譜線參數比值與相對應的電漿參數比值之間的關係。此關係中不包含無法確定的物理參數和設備採集參數，因而便於作為光學薄的實驗判據，由此確定一個最佳延遲時間進行光譜數據採集，在獲得最佳光譜數據的基礎上計算各能態原子數總和，據此反演元素含量，這從物理本質上解決了影響LIBS定量分析精密度的瓶頸問題。該成果同樣可套用在地礦、環保、醫藥、材料、考古、食品安全、生化及冶金等領域。
結題摘要
利用雷射誘導擊穿光譜（LIBS）技術進行快速煤質分析對節能減排意義重大，但目前該技術推廣套用的瓶頸是分析精密度不能滿足工業需求。在科學基金的支持下，研究組通過以下原理創新和技術創新解決了LIBS用於煤質分析存在的主要難點：通過匹配電漿光譜中元素雙線強度比與理論值來作為電漿光學薄判據，並依此設定曝光延時，發展了自吸收免疫雷射誘導擊穿光譜（SAF-LIBS）定量分析技術，定標線的線性相關度達到0.98，檢測精度提高了一個量級；發展了自吸收量化表征雷射誘導電漿特徵參數的多能態粒子數反演方法，通過分析元素譜線的半高全寬來量化譜線自吸收程度和光學深度，進而推算求得電漿的電子溫度、元素含量比以及各能態和各電離態輻射粒子的絕對數密度，從而為元素定量分析和電漿特性診斷提供了理論依據；發展了時空分辨的雙波長差分成像技術，基於4f系統差分成像和Abel-Hankel分部求和變換來解析雷射誘導電漿中各能級各態粒子（原子和多價離子）的時空分布，從而為LIBS套用於高精密度定量分析時確定光譜採集位置提供了技術依據；發展了疊代計算電漿溫度和譜線強度綜合校準的自由定標LIBS定量分析方法，對Pb及其同位素的相對測量誤差降低至17.7%；提出了基於均勻物質的光譜校正方法，通過均勻物質譜判斷光學系統粉塵污染度並校正元素特徵發射譜線；利用主成分降維、小波變換及支持向量機，建立了雷射誘導光譜至燃煤灰分、揮發分及發熱量指標的轉化模型，對燃煤工業指標中灰分測量的重複性為0.14%。在雷射誘導無自吸收光學薄電漿、電漿光學薄判據、多能態粒子數反演、時間分辨光譜採集與控制、元素定量分析建模等關鍵技術與原理突破的基礎上，經過光、機、電、氣一體化系統集成，研製出了煤質線上雷射檢測設備和水泥品質線上雷射檢測與最佳化控制設備，已實際套用於大同第二電廠和冀東雙良水泥公司，效果良好。本項目方法和技術進一步提高了LIBS煤質分析的測量精度和準確度，這也有利於LIBS 定量分析技術在地礦、環保、醫藥、材料、考古、食品安全、生化及冶金等領域推廣和套用。
