高精度超高空间分辨率的LIBS固相同位素测量技术研究
批准号:
61378047
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
张雷
依托单位:
学科分类:
F0507.光谱信息学
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
张生俊、王红兵、黄涛、杨光晔、李志新、武红鹏、胡志裕、王鑫、樊娟娟
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
固相同位素比值分析在多个学科中都有着重要应用。目前利用激光诱导击穿光谱(LIBS)进行固相同位素比值分析的关键问题是最小分辨率和测量精度都较差,难以满足实际应用要求。本项目提出利用共焦Fabry-Perot(F-P)腔技术来大幅提高LIBS的空间分辨率,其中腔镜镀宽带介质膜以增加可测元素种类;基于Knudsen-layer理论,结合实验参数,建立等离子体电离度判据,选择有效的荧光光谱;根据Kelly气体动态流模型建立等离子体中粒子速率的时空分布模型,以确定最佳的延时和采光位置,削弱Doppler加宽效应;利用多级干涉条纹及多元多阶非线性逆回归模型获得同位素比值的定标方程,提高测量精度。本项目方法和技术不仅为高分辨光谱分析提供一种新的探测手段,而且为低成本、多元素、高精度、高分辨型LIBS固相同位素比值分析系统的实现开辟一条新的途径。
英文摘要
Solid-phase isotope ratio analysis has important applications in multiple disciplines. The poor minimum resolution and measurement accuracy are currently the two key issues for solid-phase isotope ratio analysis using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS), which are unable to meet the requirements of practical application. This project intends to ultilize a confocal Fabry-Perot (FP) cavity, which is covered with a broadband dielectric film to increase the number of measurable elements, to significantly improve the spatial resolution; based on the Knudsen-layer theory, combined with the experimental parameters, try to build the plasma ionization degree criterion to select the effective fluorescence spectroscopy; according to the Kelly gas dynamic flow model to establish the rate of plasma particles in the temporal and spatial distribution model to determine the optimal delay time and optical collection positon, so as to weaken the Doppler broadening effect; to obtain the isotopic ratio calibration formula by using both multi-level fringes and multi-order non-linear inverse regression model, so as to improve the measurement accuracy. The methods and techniques of this project not only provides a new means of high-resolution spectroscopy for detection, but also open up a new way for design of a low-cost, multi-element, high-precision, and high-resolution LIBS-based solid phase isotope ratio analysis system.
固相元素同位素反映和传递了该元素在自然熔化、蒸发、沉淀以及食物链传递过程中的变化信息,也是地质学、考古学、核工业、生态环境学等领域进行污染物示踪、地质演化、核污染监测、年代断定的重要依据。在科学基金的支持下,研究组解决了国内外利用激光诱导击穿光谱(LIBS)用于同位素分析存在的主要难点:利用干涉腔的透射峰窄线宽特性,搭建了基于共焦F-P腔的超高分辨LIBS固相同位素检测实验装置,利用频移谱线多级干涉条纹实现了对同位素比值的测量;发展了光学薄LIBS技术,通过匹配双线比来设置曝光延时,直接获得无自吸收谱线,得到了激光功率、气压等与干涉环参数对的应关系,同位素定标线相关度达到0.98;采用支持向量机结合主成分分析多级干涉条纹,由粒子群算法寻优核函数,建立了元素及同位素比的定标方程,平均绝对测量误差降至0.13%;利用双频调制精确测量了共焦F-P腔的精细度,优化干涉条纹线宽、载气气压及干涉级次后,光谱分辨率达到0.6 pm;推导了基于McWhirter准则的等离子局部热平衡态和Knudsen电离度阈值判断标准,温度测量的相对标准偏差达到0.4%;发展了迭代计算等离子体温度和谱线强度综合校准的自由定标LIBS定量分析方法,对Pb及其同位素的相对测量误差降低至17.7%;提出了基于均匀物质的光谱校正方法,通过均匀物质谱判断光学系统粉尘污染度并校正元素特征发射谱线。在激光诱导无自吸收光学薄等离子体、局部热平衡阈值判断、电离度阈值判断、同位素比值定标等关键技术与原理突破的基础上,经过光、机、电、气一体化系统集成,研制出了水泥品质在线激光检测与优化控制设备和煤质在线激光检测设备,已实际应用于大同第二电厂和冀东双良水泥公司,效果良好。本项目方法和技术不仅为高分辨光谱分析提供了一种新的探测手段,而且为低成本、多元素、高精度、高分辨型LIBS固相同位素比值分析系统的实现开辟了新途径。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Development of a Laboratory Cement Quality Analysis Apparatus Based on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy
基于激光诱导击穿光谱的实验室水泥质量分析仪的研制
DOI:10.1088/1009-0630/17/11/01
发表时间:2015
期刊:Plasma Science and Technology
影响因子:1.7
作者:Fan Juanjuan;Zhang Lei;Wang Xin;Li Yufang;Gong Yao;Dong Lei;Ma Weiguang;Yin Wangbao;Jia Suotang
通讯作者:Jia Suotang
DOI:--
发表时间:--
期刊:光谱学与光谱分析
影响因子:--
作者:樊娟娟;黄丹;王鑫;张雷;董磊;马维光;尹王保;贾锁堂
通讯作者:贾锁堂
Homogeneous-material-based calibration method for correcting laser-induced breakdown spectroscopy measurement-error bias in the case of dust pollution
基于均质材料的校准方法,用于校正粉尘污染情况下激光诱导击穿光谱测量误差偏差
DOI:10.1364/ao.56.009644
发表时间:2017
期刊:Applied Optics
影响因子:1.9
作者:Zhao Yang;Zhang Lei;Yin Wangbao;Hou Jiajia;Ma Weiguang;Dong Lei;Xiao Liantuan;Jia Suotang
通讯作者:Jia Suotang
DOI:--
发表时间:2017
期刊:光谱学与光谱分析
影响因子:--
作者:张雷;侯佳佳;赵洋;尹王保;董磊;马维光;肖连团;贾锁堂
通讯作者:贾锁堂
Review of methodological and experimental LIBS techniques for coal analysis and their application in power plants in China
煤炭分析方法学和实验LIBS技术及其在中国电厂应用的综述
DOI:10.1007/s11467-016-0600-7
发表时间:2016
期刊:Frontiers of Physics
影响因子:7.5
作者:Zhao Yang;Zhang Lei;Zhao Shu-Xia;Li Yu-Fang;Gong Yao;Dong Lei;Ma Wei-Guang;Yin Wang-Bao;Yao Shun-Chun;Lu Ji-Dong;Xiao Lian-Tuan;Jia Suo-Tang
通讯作者:Jia Suo-Tang
高频声光门控自吸收免疫激光诱导击穿光谱检测原理与技术
- 批准号:12374377
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:53万元
- 批准年份:2023
- 负责人:张雷
- 依托单位:
基于共心多径腔增强的高灵敏双脉冲LIBS微量元素分析原理与技术研究
- 批准号:61875108
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:张雷
- 依托单位:
基于LIBS-LIF联用的飞灰中碳元素高稳定高精度定量分析方法研究
- 批准号:61205216
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:29.0万元
- 批准年份:2012
- 负责人:张雷
- 依托单位:
国内基金
海外基金















{{item.name}}会员


