《水體金屬污染物雷射擊穿光譜精確定量化分析方法研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由趙南京擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水體金屬污染物雷射擊穿光譜精確定量化分析方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：趙南京
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
水體重金屬及有毒金屬污染物影響生態環境並通過食物鏈威脅人體健康。與傳統現場採樣、實驗室檢測方法相比，雷射誘導擊穿光譜（LIBS）技術提供了一種水體金屬污染物快速、實時分析的新方法，但目前該技術尚面臨由於背景輻射、系統參數變化而引起的穩定性測量難題，以及由於共存組份干擾而引起的精確定量化困難。本項目針對LIBS所面臨的問題提出解決方案並開展研究。.項目將從水體重金屬污染物的高靈敏光譜實時檢測方法入手，研究自然水體中Cr、Cd、Pb、Hg、類金屬As等成分的LIBS光譜特徵；研究採用微分光譜和時域平滑消除背景輻射對測量光譜影響的方法，解決系統參數與環境條件變化對光譜測量的影響；從雷射電漿的光物理過程研究元素間交叉干擾與自吸收效應影響的消除算法，建立水體金屬污染物的LIBS定量反演方法與定標模型，實現未知組份水體中金屬污染物的多元素精確測量，為發展水體金屬污染物的多元素快速測量提供方法基礎。
結題摘要
水體重金屬及有毒金屬污染物影響生態環境並通過食物鏈威脅人體健康。與傳統現場採樣、實驗室檢測方法相比，雷射誘導擊穿光譜技術（LIBS）提供了一種水體金屬污染物快速、實時分析的新方法，具有分析簡便、快速、多元素同時測量等特點，但目前該技術尚面臨由於背景輻射、系統參數變化而引起的穩定性測量難題，以及由於共存組份干擾而引起的精確定量化困難。因此，開展水中金屬污染物的LIBS精確定量化分析方法研究具有重要的科學意義與實用價值。本項目針對LIBS面臨的問題開展了大量研究工作，圓滿完成計畫書中規定的目標和任務，取得主要創新成果如下： （1）研究了不同雷射波長、能量與脈寬下的水體光學擊穿發生時間與位置，分析了不同參數下的雷射電漿電子密度變化過程，為合理選擇系統參數提供了基礎數據；建立了雷射誘導擊穿光譜實驗測量系統,進行了系統參數的最佳化設計,提出了高頻霧化-石墨富集的液-固樣品轉化方法，並以C為內標元素，提高了水體金屬污染物信號探測的靈敏度與穩定性，解決了水體濺射的影響。 （2）進行了水體不同金屬污染物的雷射誘導擊穿光譜測量、特性分析，研究了不同實驗條件（脈衝能量、重複頻率、延時、門寬、探測角度等）及樣品性能下的雷射電漿發射特徵；研究了多元素光譜歸屬識別分析方法與元素特徵譜線提取方法，建立了基於L-M算法的重疊峰分解模型，實現了測量光譜中元素的快速、自動歸屬識別與元素特徵譜線的提取；提出了基於微分光譜和時域平滑算法的雷射誘導擊穿光譜元素譜線逆向提取方法，去除了背景輻射對測量光譜定量分析的影響；研究了基於內標與BP神經網路的金屬污染物快速定量分析方法，以多變數分析、元素標準發射譜線與理論增長曲線相結合，去除了元素間的交叉干擾和自吸收影響，建立了基於支持向量機回歸的定量分析模型，分析了多種元素的檢測限，並開發了多元素光譜歸屬識別與定量分析軟體。 （3）進行了水體重金屬LIBS檢測裝置的的聯合調試、模型驗證、現場測量實驗以及系統指標的測試（以Pb為例：檢出限為0.038mg/l，精密度相對標準偏差為1.62%，重複性相對標準偏差為1.20%），對多組分共存標樣、大塘污水、自來水等與國標方法檢測結果進行了對比分析，測量結果具有較好的一致性。 本項目研究成果為發展水體金屬污染物的多元素、快速、線上檢測提供了方法，為進一步開展雷射誘導擊穿光譜技術的套用研究奠定了基礎。
