91儀器信息網(wǎng)訊 2019年3月30日，第七屆中國激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)研討會(huì)(CSLIBS 2019)在安徽蕪湖召開。CSLIBS 2019由中國光學(xué)工程學(xué)會(huì)激光誘導(dǎo)擊穿光譜專業(yè)委員會(huì)主辦，安徽師范大學(xué)承辦。來自科研院校的專家學(xué)者以及相關(guān)企業(yè)、儀器公司的280多位代表參加了此次會(huì)議。（人數(shù)創(chuàng)新高 第七屆中國LIBS研討會(huì)在蕪湖召開）

CSLIBS 2019會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)

激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)近年來在國內(nèi)得到了廣泛的重視和長(zhǎng)足的進(jìn)展，并在一些領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，但在對(duì)其檢測(cè)結(jié)果的認(rèn)可度以及應(yīng)用的廣度和深度方面仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上其它的原子光譜方法。

LIBS具有不需要樣品準(zhǔn)備、多元素同時(shí)檢測(cè)、測(cè)量速度快、可遠(yuǎn)程非接觸測(cè)量、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此，在2004年的一篇綜述文章中，世界著名的光譜分析專家James Winefordner博士稱之為化學(xué)分析技術(shù)的“未來之星”。不過，LIBS是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)都非常明顯的分析技術(shù)，其信號(hào)不確定度較高、基體效應(yīng)影響大、靈敏度低等嚴(yán)重影響了LIBS定量測(cè)量及大規(guī)模應(yīng)用。可以說，定量分析一直是LIBS技術(shù)發(fā)展的“短板”。

有專家在報(bào)告中指出，LIBS技術(shù)的研究方向可歸納為兩個(gè)方向，一是充分發(fā)揮LIBS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)某一應(yīng)用領(lǐng)域展開突破性的研究和應(yīng)用，如鋼鐵、煤炭、土壤、巖石、農(nóng)產(chǎn)品、礦物、文物等領(lǐng)域;而是面對(duì)LIBS技術(shù)的缺點(diǎn)，研究普遍性的理論和方法，如自吸收效應(yīng)、基體效應(yīng)、譜線干擾，以及分類識(shí)別算法、定量分析方法等。

CSLIBS 2019的交流報(bào)告安排的非常緊密，在不設(shè)同時(shí)分會(huì)場(chǎng)的情況下，共安排了47個(gè)報(bào)告，其內(nèi)容主要為基礎(chǔ)理論研究、算法研究，以及應(yīng)用研究等的新進(jìn)展。

報(bào)告題目：基于機(jī)器學(xué)習(xí)的土壤LIBS廣義光譜定量分析模型

報(bào)告人：上海交通大學(xué) 孫琛

如今我國土壤重金屬污染狀況嚴(yán)重，急需快速準(zhǔn)確的定量分析方法。因LIBS技術(shù)所具有的的優(yōu)勢(shì)完全可以成為土壤檢測(cè)的一種有效方法，不過，基體效應(yīng)嚴(yán)重影響了LIBS的實(shí)際應(yīng)用，其硬件改善也遇到瓶頸。而且，由于常用的單變量回歸方法不能很好的解決該問題，孫琛其團(tuán)隊(duì)提出了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的多變量回歸方法，并與廣義光譜結(jié)合，有效減弱了基體效應(yīng)和實(shí)驗(yàn)欺負(fù)，提高了LIBS定量分析能力。

報(bào)告題目：利用光束整形提高激光誘導(dǎo)擊穿光譜信號(hào)的可重復(fù)性

報(bào)告人：清華大學(xué) 侯宗余

對(duì)于LIBS 常用的激光，其截面能量分布為高斯光束，所激發(fā)的等離子體必然在中心具有較高的電子密度而在外圍具有較低的電子密度，中心區(qū)較高的電子密度會(huì)產(chǎn)生電子屏蔽效應(yīng)，使得激光脈沖的后期能量無法繼續(xù)加熱等離子體或穿透等離子體到達(dá)樣品表面燒蝕更多物質(zhì)，同時(shí)電子屏蔽效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)局部電子密度過高的區(qū)域，這個(gè)區(qū)域可能成為等離子體演化過程的擾動(dòng)源。

針對(duì)這種狀況，侯宗余其團(tuán)隊(duì)通過改變光束的空間能量分布，即把常用的高斯光束整形為平頂光束，弱化了電子屏蔽作用，使得更多的激光能量用于燒蝕物質(zhì)和加熱等離子體，同時(shí)削弱了局部電子密度過高區(qū)域的擾動(dòng)，使得等離子體空間位置和形態(tài)更為穩(wěn)定。結(jié)果顯示，與高斯光束相比，平頂光束可使等離子體核心區(qū)域更大、空間形態(tài)更為穩(wěn)定，且可明顯提高等離子體溫度和電子密度，信號(hào)強(qiáng)度增加了50%-250%，信號(hào)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差降低50%，達(dá)到了增強(qiáng)信號(hào)和提高信號(hào)可重復(fù)性的效果。

報(bào)告題目：激光誘導(dǎo)擊穿光譜中共振激發(fā)分子自由基的研究

報(bào)告人：華南師范大學(xué) 李嘉銘

LIBS傳統(tǒng)上是一種基于原子光譜的快速檢測(cè)技術(shù)。但等離子體演化的中后期，原子和離子會(huì)結(jié)合產(chǎn)生含有不成對(duì)電子的分子自由基。分子自由基雖然存在的時(shí)間很短，但是其發(fā)光活性較高，參與等離子體發(fā)射光譜，同樣含有元素種類和含量的信息。由于信息更豐富、同位素位移更寬、工作波段效率更高、自吸收效應(yīng)更低等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，LIBS中的分子光譜近年來也開始得到國內(nèi)外研究者們的關(guān)注。

然而，分子光譜的強(qiáng)度太低，極大地限制了它的發(fā)展和應(yīng)用?；诖?，李嘉銘其團(tuán)隊(duì)提出了共振激發(fā)分子自由基的方法，利用波長(zhǎng)可調(diào)諧激光輸出特定波長(zhǎng)的激光，對(duì)等離子體中特定的分子自由基進(jìn)行高選擇性共振激發(fā)，分子自由基的光譜可以獲得2-3個(gè)數(shù)量級(jí)的增強(qiáng)，檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度提高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。本項(xiàng)工作有助于推進(jìn)LIBS中分子光譜的研究，推動(dòng)LIBS技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，為工業(yè)中快速檢測(cè)技術(shù)提供一種新的思路。

報(bào)告題目：基于單標(biāo)樣和多譜線定標(biāo)的LIBS 定量分析方法

報(bào)告人：南昌航空大學(xué) 郝中騏

郝中騏其團(tuán)隊(duì)提出了一種基于單標(biāo)樣和多譜線定標(biāo)(OP-MLC)的LIBS 定量分析新方法;該方法只需一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)樣品，不需要丟等離子體溫度等參數(shù)進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)低含量元素進(jìn)行單獨(dú)檢測(cè)，不同元素分析結(jié)果互不影響;結(jié)果表明，OP-MLC 方法可實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量元素的快速定量分析，平均相對(duì)誤差在20%左右。

報(bào)告題目：爆轟沖擊加載過程激光誘導(dǎo)擊穿光譜成分辨識(shí)

報(bào)告人：中國工程物理研究院流體物理研究所 朱瑜

爆轟沖擊金屬表面會(huì)產(chǎn)生高速射流是爆炸力學(xué)中極其重要的現(xiàn)象，對(duì)射流成分的有效分析有利于加深沖擊波與技術(shù)相互作用過程。單脈沖動(dòng)態(tài)LIBS技術(shù)能夠?qū)ι淞骺臻g單點(diǎn)進(jìn)行懲罰辨識(shí)。朱瑜其團(tuán)隊(duì)開發(fā)設(shè)計(jì)了一種同時(shí)多點(diǎn)的LIBS技術(shù)對(duì)射流的多點(diǎn)進(jìn)行成分測(cè)量，并完成了系統(tǒng)靜態(tài)標(biāo)定。

報(bào)告題目：小型水下原位LIBS 系統(tǒng)研制與試驗(yàn)

報(bào)告人：中國海洋大學(xué) 鄭榮兒

深海熱液化學(xué)成分的檢測(cè)具有重要意義，隨著水下新型運(yùn)載平臺(tái)的發(fā)展，為L(zhǎng)IBS深海探測(cè)提供了條件。2015 年日本報(bào)道了LIBS 系統(tǒng)在深海1000m 左右深度的原位測(cè)量結(jié)果。同年，中國海洋大學(xué)研制的深海系統(tǒng)在1800m 左右深度進(jìn)行了原位測(cè)試，獲得了深海原位水體探測(cè)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，鄭榮兒其團(tuán)隊(duì)對(duì)LIBS 系統(tǒng)進(jìn)行了小型化升級(jí)改進(jìn)Cmoss-LIBS，在保證工作深度和探測(cè)靈敏度不受影響的情況下，樣機(jī)重量從60kg 減小為25kg(水中重量10kg)，體積也僅有原來的40%。使得應(yīng)用深潛器ROV 機(jī)械手夾持LIBS 系統(tǒng)進(jìn)行原位探測(cè)成為可能。2018年應(yīng)用Cmoss-LIBS進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)試并取得了很多新進(jìn)展，2019年其實(shí)際應(yīng)用也將繼續(xù)。

報(bào)告題目：引入等離子體圖像反饋的LIBS 信號(hào)波動(dòng)補(bǔ)償方法及LIBS 幾個(gè)典型應(yīng)用進(jìn)展

報(bào)告人：中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所 孫蘭香

被測(cè)樣品表面高度的不一致，同時(shí)影響著激光的聚焦深度和收集系統(tǒng)的相對(duì)位置。而激光聚焦深度的變化和收集系統(tǒng)相對(duì)位置的變化，都會(huì)嚴(yán)重影響光譜信號(hào)的穩(wěn)定性。孫蘭香其團(tuán)隊(duì)首先通過在水平收集的LIBS 系統(tǒng)中增加ICCD 成像模塊，觀察樣品表面位置變化引起的等離子體形貌變化，并通過等離子體圖像的差異，提取等離子體位置信息，建立一個(gè)特征譜線相對(duì)強(qiáng)度與等離子體相對(duì)位置的對(duì)應(yīng)函數(shù)模型，再利用模型校正特征譜線的強(qiáng)度。之后，又通過在垂直方向增加普通CCD 相機(jī)，觀察等離子體形貌變化，構(gòu)建形貌變化與光譜強(qiáng)度抖動(dòng)之間的模型，從而補(bǔ)償光譜強(qiáng)度的抖動(dòng)。這種垂直方式收集等離子圖像的方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非常適合于工程應(yīng)用，可以克服因測(cè)量距離變化而帶來的光譜強(qiáng)度波動(dòng)問題。

報(bào)告題目：LIBS 光譜分析方法及其在臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用

報(bào)告人：北京理工大學(xué) 王茜蒨

與化學(xué)計(jì)量學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法相結(jié)合，使LIBS 技術(shù)表現(xiàn)出了巨大的潛力。王茜蒨其團(tuán)隊(duì)通過對(duì)光譜數(shù)據(jù)仿真、光譜特征選取和光譜識(shí)別方法等三個(gè)光譜分析過程進(jìn)行系統(tǒng)研究，提出了在降低待測(cè)樣品損耗前提下的光譜數(shù)據(jù)庫建立方法、基于差異貢獻(xiàn)的譜線重要性評(píng)估和特征譜線選取方法以及監(jiān)督學(xué)習(xí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)和半監(jiān)督學(xué)習(xí)方法在光譜分類識(shí)別中的應(yīng)用。并且，該團(tuán)隊(duì)結(jié)合所取得的成果在腦膠質(zhì)瘤、皮膚黑色素瘤以及病原菌方面開展的LIBS 實(shí)驗(yàn)，對(duì)LIBS 技術(shù)在臨床醫(yī)學(xué)輔助診斷方面的應(yīng)用進(jìn)行初步探索。

報(bào)告題目：激光誘導(dǎo)擊穿光譜同時(shí)分析鋼中夾雜物尺寸和含量的方法研究

報(bào)告人：鋼鐵研究總院 賈云海

鋼中夾雜物粒度大小、分布及含量對(duì)鋼的性能影響很大，LIBS 分析夾雜物含量也屢見報(bào)道，LIBS分析夾雜物尺寸也有一些報(bào)道，但是LIBS同時(shí)分析夾雜物含量和尺寸的研究未見報(bào)道。LIBS在激發(fā)到夾雜物時(shí)產(chǎn)生比固溶元素高很多的異常光譜強(qiáng)度信號(hào)，同時(shí)反映了夾雜物尺寸和濃度的相關(guān)信息。賈云海其團(tuán)隊(duì)對(duì)激光光譜同時(shí)分析鋼中夾雜物尺寸和成分含量的原理進(jìn)行了研究，并用一些實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了驗(yàn)證。

報(bào)告題目：光束整形對(duì)LIBS 信號(hào)穩(wěn)定性提高機(jī)制研究

報(bào)告人：中國科學(xué)院安徽光學(xué)機(jī)密機(jī)械研究所 付洪波

使用衍射光學(xué)元件(DOE)將LIBS 系統(tǒng)中常用的高斯激光光束整形為能量分布均勻的平頂激光光束，對(duì)比分析了兩種不同光束輪廓的激光誘導(dǎo)產(chǎn)生的銅譜線強(qiáng)度、等離子體溫度和電子密度的穩(wěn)定性、燒蝕坑形貌、以及不銹鋼樣品中主微量元素(Cr和Mn)的定量分析，從而研究了光束整形對(duì)LIBS信號(hào)穩(wěn)定性的改善效果。結(jié)果表明，光束能量分布的均勻性引起燒蝕坑形貌以及單次燒失量等的差異，最終使得平頂激光誘導(dǎo)光譜的強(qiáng)度、等離子體溫度、電子密度以及不銹鋼中主微量元素定量分析結(jié)果的穩(wěn)定性均優(yōu)于高斯激光。

報(bào)告題目：LIBS-LIF 和高重頻LA-SIBS 的小組研究進(jìn)展

報(bào)告人：華南理工大學(xué) 李潤(rùn)華

基于LIBS-LIF 技術(shù)有選擇性增強(qiáng)元素強(qiáng)度的特點(diǎn)，李潤(rùn)華其團(tuán)隊(duì)開展了高空間分辨的樣品表面元素的微分析研究。此外還基于LIBS-LIF 技術(shù)，對(duì)中草藥中的痕量鉛元素進(jìn)行了高靈敏檢測(cè)。其團(tuán)隊(duì)以門控高壓電源作為火花放電電源，實(shí)現(xiàn)了LA-SIBS 技術(shù)中的平行放電，并研究了其實(shí)現(xiàn)的條件和取得的分析效果。在高重頻LA-SIBS 中成功實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的鎖相檢測(cè)，并以鋁合金和銅合金為樣品，分析了其中的痕量元素，元素檢出限達(dá)到了100 ppb 左右，大幅提高了元素的檢測(cè)靈敏度。最后還基于光纖激光器開展了高重頻LA-SIBS 在元素分析中的探索性研究，取得了初步的研究進(jìn)展。

報(bào)告題目：混合水溶液多金屬元素的激光誘導(dǎo)擊穿光譜

報(bào)告人：安徽師范大學(xué) 崔執(zhí)鳳

崔執(zhí)鳳團(tuán)隊(duì)以含有Cr、Mn、Pb、Cd、Ca、Al、Co 等七種微量金屬元素的混合水溶液為分析樣品，主要開展了兩方面工作，一是建立了一套水溶液中多種微量重金屬元素定量分析的ns-SP-LIBS 實(shí)驗(yàn)裝置，確定了最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)這組最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證。二是在等離子體滿足局部熱平衡和光學(xué)薄時(shí)，從理論上建立了一個(gè)能克服常規(guī)定標(biāo)方法中基體效應(yīng)的微量重金屬元素絕對(duì)濃度的LIBS 非定標(biāo)定量分析方法，實(shí)驗(yàn)上采用該方法精確測(cè)定了樣品中Cr、Mn、Pb、Cd、Ca、Al、Co 絕對(duì)濃度和不同基體中微量Cr 元素的濃度，相對(duì)誤差在合理范圍內(nèi)，說明了該定量分析計(jì)算方法能夠克服基體效應(yīng)，并具有非常好的穩(wěn)定性。