基于激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的煙草重金屬檢測(cè)研究.pdf

1、近年來，由人為活動(dòng)造成的重金屬污染使植物體內(nèi)積累過量的重金屬元素，重金屬超標(biāo)的水果、蔬菜、糧食等農(nóng)產(chǎn)品會(huì)對(duì)人體健康造成危害。煙草是我國(guó)重要經(jīng)濟(jì)作物之一，重金屬污染不僅影響香煙品質(zhì)，而且對(duì)吸煙者的健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。因此，煙草中重金屬元素檢測(cè)對(duì)香煙品質(zhì)管理及吸煙者身體健康有著重要意義。
　　本論文以重金屬(銅Cu和鎘Cd)脅迫下的煙草為研究對(duì)象，研究煙草重金屬污染程度判別及重金屬元素定量檢測(cè)的方法和模型，具體研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:

2、r>　　(1)研究了煙草鮮葉Cu污染程度LIBS判別方法。在土培條件下，采摘不同程度Cu污染下的煙草葉片并收集其LIBS光譜信號(hào)。對(duì)全譜LIBS數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，基于PC1、PC2、PC3的載荷值選取對(duì)應(yīng)于C、Fe、Mg、Ca、Fe、S、N、O等元素的18條譜線作為特征變量。利用所選特征變量建立線性判別分析(LDA)和支持向量機(jī)(SVM)分類模型。在LDA模型中，建模集與預(yù)測(cè)集的識(shí)別正確率分別為85％和72％;在SVM模型中，建模集與

3、預(yù)測(cè)集的分類正確率分別為97％和82％。結(jié)果表明，基于LIBS技術(shù)結(jié)合化學(xué)計(jì)量學(xué)方法判別新鮮煙草葉片Cu污染程度是可行的，能獲得滿意的判斷結(jié)果。
　　(2)研究基于響應(yīng)面法的煙草重金屬定量分析LIBS儀器參數(shù)優(yōu)化方法。利用BBD響應(yīng)面法針對(duì)LIBS檢測(cè)煙草重金屬含量的三個(gè)儀器因素:①激光脈沖能量，②探測(cè)器相對(duì)于激光脈沖的延時(shí)時(shí)間，③探測(cè)器門寬（積分時(shí)間），設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案，確定了最佳的三因素組合。a.在煙草葉樣本Cu含量檢測(cè)的參數(shù)優(yōu)

4、化實(shí)驗(yàn)中，以Cu I:324.75 nm譜線的信背比（Cu I:324.75 nm譜線強(qiáng)度與325.67 nm～326.73 nm范圍光譜平均值之比）作為目標(biāo)函數(shù)，以最大化目標(biāo)函數(shù)為目標(biāo)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終確定基于LIBS技術(shù)的煙草Cu定量分析的參數(shù)優(yōu)化組合為:激光能量為109 mJ，延時(shí)時(shí)間為5.19μs，積分時(shí)間為14.66μs。在此條件下得到的最大信背比為20.8857。b.在煙草根樣本Cd定量分析的參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)中，以Cd I:36

5、1.05 nm譜線的信背比（Cd I:361.05 nm譜線強(qiáng)度與359.15 nm～360.45 nm范圍光譜平均值之比）作為目標(biāo)函數(shù)，以使目標(biāo)函數(shù)最大化為目的分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定基于LIBS技術(shù)的煙草Cd定量分析的參數(shù)優(yōu)化組合為:激光能量為115.34 mJ，延時(shí)時(shí)間為4.41μs，積分時(shí)間為6.48μs。此參數(shù)組合下最大信背比為11.7614。
　　(3)研究建立了煙草重金屬元素LIBS快速定量檢測(cè)方法和模型。①在基于LIBS

6、煙草葉樣本Cu含量分析中，選擇對(duì)應(yīng)Cu I的324.75nm和327.4 nm譜線作為關(guān)鍵變量。利用上述關(guān)鍵變量分別建立基于單變量的一元線性回歸模型和基于雙變量的MLR模型。此外，利用320nm～330nm范圍LIBS光譜數(shù)據(jù)建立PLS模型。基于Cu I324.75 nm譜線的一元線性回歸模型中，建模集決定系數(shù)Rc2為0.96，預(yù)測(cè)集決定系數(shù)Rp2為0.94;基于Cu I327.4 nm譜線的一元線性回歸模型中，Rc2為0.96，Rp2

7、為0.91;基于Cu I的324.75nm和327.4nm譜線的MLR模型中，Rc2為0.96，Rp2為0.92;基于320nm～330nm范圍光譜的PLS模型中，Rc2為0.95，Rp2為0.90。②在基于LIBS煙草根樣本Cd含量分析中，選擇對(duì)應(yīng)Cd I的346.62nm和361.05nm譜線作為關(guān)鍵變量。利用上述關(guān)鍵變量分別建立基于單變量的一元線性回歸模型和基于雙變量的MLR模型。此外，利用340nm～365nm范圍LIBS光譜數(shù)

8、據(jù)建立PLS模型?；贑d I346.62 nm譜線的一元線性回歸模型中，Rc2為0.96，Rp2為0.90;基于Cd I361.05nm譜線的一元線性回歸模型中，Rc2為0.96，Rp2為0.92;基于Cd I346.62 nm和361.05 nm譜線的MLR模型中，Rc2為0.97，Rp2為0.92;基于340 nm～365 nm范圍光譜的PLS模型中，Rc2為0.98，Rp2為0.94。
　　結(jié)果表明，基于LIBS技術(shù)的煙草