光谱学与光谱分析
|
应用LIBS技术测量土壤重金属Cr含量
袁 迪,高 勋* ,姚 爽,郑保罗
长春理工大学理学院,吉林 长春 130022
The Detection of Heavy Metals in Soil with Laser Induced Breakdown Spectroscopy
YUAN Di, GAO Xun* , YAO Shuang, ZHENG Bao-luo
School of Science, Changchun University of Science and Technology, Changchun 130022, China
摘要 : 应用激光诱导击穿光谱分析技术(laser-induced break-down spectroscopy, LIBS)开展了土壤中重金属铬元素含量探测研究。实验中激光波长为1 064 nm, 脉冲宽度为8 ns, 重复频率10 Hz,选取Cr 427.4 nm作为光谱分析谱线。实验结果表明,在光谱采集相对于激光脉冲延迟时间为4.78 μs, 土壤样品表面位于聚焦透镜焦后1 mm的实验条件下, Cr元素浓度测量的相对标准偏差(RSD)为12.1%, 检测限为2.01 ppm, 元素实验测量与标准值的相对偏差为5.15%。可以看出LIBS技术具有低检测限、测量精度高等优点, 这对土壤中重金属污染和监测环境质量的精确、快速检测等问题具有重要意义。
关键词 :激光诱导击穿光谱;定量分析;土壤重金属
Abstract :The elemental concentration of Cr contained in soil is measured with laser induced breakdown spectroscopy (LIBS). As the LIBS laser power, the laser wavelength is of 1 064 nm with pulse width of 8 ns and laser repetition frequency of 10 Hz in this experiment and Cr 427.4 nm is selected as the analytical line of LIBS. The experimental results show that the relative standard deviation (RSD) of the detected content of Cr is 12.1% at the delay time of 4.78 μs and the soil sample surface 1 mm behind lens focal point. The limit of detection (LOD) of LIBS is 2.01 ppm. The measured relative deviation between the measured value and the nature value is 5.15%. Because the LIBS has advantages such as lower LOD and higher detection precision, LIBS has a guiding significance to detect heavy metal in soil and to monitor environmental quality precisely and rapidly.
Key words :LIBS;Quantitative measurement;Heavy metal in soil
收稿日期: 2016-01-12
修订日期: 2016-04-28
通讯作者:
高 勋
E-mail: lasercust@163.com
[1] WANG Jian-wei,ZHANG Na-zhen,HOU Ke-yong,et al(王建伟,张娜珍,侯可勇, 等). Progress in Chemistry(化学进展),2008, 20(7/8): 1165. [2] LU Cui-ping,LIU Wen-qing,ZHAO Nan-jing,et al(鲁翠萍,刘文清,赵南京, 等). Acta Physica Sinica(物理学报), 2011, 60(4): 045206. [3] WANG Man-ping,CAO Bai-qiong,WANG Shun,et al(王满苹,曹百穹,王 顺, 等). Journal of Henan Agricultural University(河南农业大学学报), 2014, 48(5): 648. [4] CHEN Xing-long,DONG Feng-zhong,TAO Guo-qiang,et al(陈兴龙, 董凤忠, 陶国强, 等). Chinese Journal of Laser(中国激光), 2013,(12): 237. [5] Hussain T, Gondal M A, Yamani Z H, et al. Environmental Monitoring and Assessment, 2007, 124(1-3): 131. [6] QU Hua-yang,HU Jing-yu,ZHAO Lei, et al(屈华阳,胡净宇,赵 雷, 等). Metallurgical Analysis(冶金分析),2012, 32(7): 1. [7] HU Li,ZHAO Nan-jing,LIU Wen-qing, et al(胡 丽, 赵南京, 刘文清, 等). Chinese Journal of Laser(中国激光), 2014,(7): 253. [8] LIU Jia,GAO Xun,DUAN Hua-hua,et al(刘 佳,高 勋,段花花, 等). Laser Journal(激光杂志),2012, 33(1): 7. [9] YANG Ping,HUANG Lin,YAO Ming-yin, et al(杨 平, 黄 林, 姚明印, 等). Laser &Optoelectronics Progress(激光与光电子学进展), 2014, 51(8): 167. [10] MENG De-shuo,ZHAO Nan-jing,LIU Wen-qing,et al(孟德硕, 赵南京, 刘文清, 等). Chinese Journal of Laser(中国激光), 2014, 41(5): 515003. [11] DU Chuang,GAO Xun,SHAO Yan,et al(杜 闯,高 勋,邵 妍,等). Acta Physica Sinica(物理学报),2013,62(4):045202.
[1]
刘 佳,郭飞飞,于 雷,崔飞鹏,赵 迎,韩 冰,沈学静,王海舟. 激光诱导击穿光谱技术对钕铁硼永磁材料中多元素的定量表征 [J]. 光谱学与光谱分析, 2024, 44(01): 141-147.
[2]
程惠珠,杨婉琪,李福生,马 骞,赵彦春. 面向XRF的竞争性自适应重加权算法和粒子群优化的支持向量机定量分析研究 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(12): 3742-3746.
[3]
刘浩东,姜喜全,牛 昊,刘钰博,李 惠,刘 媛,Wei Zhang,李鲁艳,陈 婷,赵燕杰,倪家升. 基于激光拉曼光谱归一化法的乙醇定量分析研究 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(12): 3820-3825.
[4]
杨文锋,林德惠,曹 宇,钱自然,李绍龙,朱德华,李 果,张 赛. 基于PCA-SVM的飞机蒙皮激光分层除漆LIBS在线监测研究 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(12): 3891-3898.
[5]
林宏健,翟 娟,赖万昌,曾晨浩,赵紫琪,石 洁,周金戈. 应用同源自校正EDXRF分析法测定三元正极材料中Mn、Co、Ni的含量 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(11): 3436-3444.
[6]
黄 丽,马瑞峻,陈 瑜,蔡 祥,颜振锋,唐 昊,李艳芬. 利用紫外-可见光谱与平行因子分析法快速检测水体中多种有机磷农药的实验研究 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(11): 3452-3460.
[7]
李忠兵,蒋川东,梁海波,段洪名,庞 微. 粗精选策略二进制灰狼优化算法用于红外光谱特征选择 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(10): 3067-3074.
[8]
孙成玉,焦 龙,闫娜莹,闫春华,屈 乐,张晟瑞,马 羚. 激光诱导击穿光谱结合人工神经网络鉴别不同产地的丹参药材 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(10): 3098-3104.
[9]
刘 曙,金 悦,苏 飘,闵 红,安雅睿,吴晓红. 变量重要性-反向传播人工神经网络辅助激光诱导击穿光谱测定铁矿石中硅、铝、钙和镁含量 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(10): 3132-3142.
[10]
孔德明,刘亚茹,杜雅欣,崔耀耀. 基于LIF技术结合波长优选的油膜厚度检测方法分析 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(09): 2811-2817.
[11]
赵堉文,张泽帅,朱晓英,王海霞,李 正,卢红委,奚 萌. 表面增强拉曼光谱技术在多元病原菌同时检测中的应用策略 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(07): 2012-2018.
[12]
李长明,陈安民,高 勋,金明星. 不同样品温度下激光诱导等离子体的空间分辨光谱 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(07): 2032-2036.
[13]
赵 洋,张 雷,程年恺,尹王保,侯佳佳,白成华. 二元激光等离子体的时空演化机制研究 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(07): 2067-2073.
[14]
王 斌,郑少锋,甘久林,刘 曙,李伟才,杨中民,宋武元. 塑料标准样品结合偏最小二乘法在激光诱导击穿光谱法元素定量分析领域的研究 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(07): 2124-2131.
[15]
程枭翔,吴 娜,刘 薇,王克青,李辰元,陈坤龙,李延祥. 基于拉曼光谱成像技术的铁质文物锈蚀产物定量模型研究 [J]. 光谱学与光谱分析, 2023, 43(07): 2166-2173.