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聚焦“政產(chǎn)學(xué)研用” 共研國(guó)產(chǎn)光譜儀器的發(fā)展之路

2019.12.02

　　分析測(cè)試百科網(wǎng)訊 2019年11月22日-23日，第二十三屆“全國(guó)光譜儀器學(xué)術(shù)研討會(huì)”在上海召開(kāi)。本次會(huì)議由上海理工大學(xué)與中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)分析儀器分會(huì)光譜儀器學(xué)術(shù)專(zhuān)家組聯(lián)合主辦，分析測(cè)試百科網(wǎng)承辦。

　　23日的會(huì)議上，譜育科技俞曉峰，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)朱振利教授，復(fù)旦大學(xué)陳良堯教授，清華大學(xué)王哲教授，浙江大學(xué)周建光教授，廈門(mén)大學(xué)杭緯教授分別帶來(lái)精彩的大會(huì)報(bào)告。

譜育科技俞曉峰

　　譜育科技的俞曉峰帶來(lái)的報(bào)告題目是“小型化LIBS定量分析方法研究”。

　　LIBS是指激光誘導(dǎo)擊穿光譜儀，其工作原理是利用脈沖激光產(chǎn)生的等離子體燒蝕并激發(fā)樣品中的物質(zhì)，通過(guò)光譜儀獲取被等離子體激發(fā)的原子所發(fā)射的光譜，以此來(lái)識(shí)別樣品中的元素組成成分，進(jìn)而可以進(jìn)行材料的識(shí)別、分類(lèi)、定性以及定量分析。LIBS系統(tǒng)包括光源，脈沖激光器，光學(xué)系統(tǒng)，檢測(cè)器。

　　俞曉峰總結(jié)道，對(duì)于LIBS定量而言，光譜儀分辨率越好對(duì)于定量越有利；在0.1nm光譜分辨率情況下，標(biāo)準(zhǔn)曲線法和多元回歸法均能取得較好的分析結(jié)果，大部分元素可以取得1%的測(cè)量精密度；在光譜儀分辨率不佳的情況下，利用多光譜多元回歸能夠取得更好的分析結(jié)果；適當(dāng)?shù)墓庾V預(yù)處理能夠極大的改善定量結(jié)果；當(dāng)光譜干擾很大且含量極低時(shí)，算法能起的作用有限，需要更好的光譜分辨率來(lái)解決定量不準(zhǔn)的問(wèn)題。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué) 朱振利教授

　　中國(guó)地質(zhì)大學(xué)的朱振利教授帶來(lái)的報(bào)告題目是“基于微等離子體技術(shù)的元素分析方法”，主要介紹了低功耗微等離子體激發(fā)源的研發(fā)和等離子體蒸汽發(fā)生方法。

　　APGD微等離子體激發(fā)源具有低功耗、低氣體消耗的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的激發(fā)性能，可以通過(guò)氣流調(diào)控等手段來(lái)改善等離子體源的性能，可適用于金屬、非金屬的檢測(cè)。

　　等離子體蒸汽發(fā)生方法具有綠色、高效的優(yōu)點(diǎn)和優(yōu)異的抗干擾性能，靈敏度可以提升1個(gè)數(shù)量級(jí)以上，不需要預(yù)還原或者預(yù)先氧化，可實(shí)現(xiàn)多元素的同時(shí)檢測(cè)，適用于微量樣品的快速分析。

復(fù)旦大學(xué) 陳良堯教授

　　復(fù)旦大學(xué)的陳良堯教授帶來(lái)的報(bào)告題目是“超高分辨寬帶折疊光譜的快速檢測(cè)與分析”。

　　經(jīng)典光柵光譜儀的串聯(lián)檢測(cè)分析模式，對(duì)光柵和濾色片等色散器件進(jìn)行精細(xì)機(jī)械掃描，實(shí)現(xiàn)高分辨率，掃描速度慢，檢測(cè)效率低，依賴(lài)高精度機(jī)械裝置，重復(fù)和可靠性差。受到基礎(chǔ)工業(yè)等條件限制，我國(guó)高端精密光譜分析儀器和核心技術(shù)仍需依賴(lài)國(guó)際引進(jìn)，缺少自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

　　陳良堯教授介紹了課題組進(jìn)行的高分辨二維折疊光譜儀和基于BSI-CMOS面陣傳感器的雙通道二維光譜分析儀的最新進(jìn)展。雙通道二維光譜分析儀具有高靈敏BSI-CMOS面陣傳感器；4×2=8雙通道光柵集成模塊，可擴(kuò)展至更多組通道；具有自由曲面雙焦距反射鏡和高動(dòng)態(tài)范圍（16-Bit，＞6萬(wàn)灰度值）；波長(zhǎng)區(qū)范圍在200-950nm；優(yōu)于0.1nm/像元分辨率；光譜實(shí)時(shí)獲取的優(yōu)值系數(shù)K=7500，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)指標(biāo)。

　　陳良堯強(qiáng)調(diào)，科學(xué)儀器研究和發(fā)展需要原理和方法創(chuàng)新，核心工藝和技術(shù)創(chuàng)新，培育市場(chǎng)、促進(jìn)推廣應(yīng)用，優(yōu)秀的研發(fā)團(tuán)隊(duì)和較高強(qiáng)度的研發(fā)投入，任重而道遠(yuǎn)。

清華大學(xué) 王哲教授

　　清華大學(xué)王哲教授帶來(lái)的報(bào)告題目是“Uncertainty Origination Mechanism and its Reduction”，介紹了LIBS研究的瓶頸，光譜標(biāo)準(zhǔn)化方法，等離子體圖像等。

　　報(bào)告總結(jié)了信號(hào)不確定性的根源，一是等離子體與周?chē)鷼怏w的相互作用導(dǎo)致等離子體上部碰撞和下部碰撞，從而導(dǎo)致等離子體形態(tài)不穩(wěn)定；二是等離子體形態(tài)的波動(dòng)導(dǎo)致觀察到的元素總數(shù)密度的變化；三是總觀測(cè)數(shù)密度的變化引起LIBS不確定性。

浙江大學(xué) 周建光教授

　　浙江大學(xué)周建光教授帶來(lái)的報(bào)告題目是“Cyber Spectral Technology 光譜技術(shù)+機(jī)器學(xué)習(xí)的思考”。

　　深度卷積網(wǎng)絡(luò)基于自學(xué)習(xí)的特征，從伴有嚴(yán)重噪聲和基線漂移的光譜中，學(xué)習(xí)出應(yīng)用于物質(zhì)鑒別、含量預(yù)測(cè)等實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題的有效特征，更可以消除非線性關(guān)系對(duì)矯正模型預(yù)測(cè)性能的影響，進(jìn)一步提高性能。

　　基于CNN的光譜預(yù)處理器，采用Savitzky-Golay和多項(xiàng)式擬合加權(quán)最小二乘基線方法對(duì)測(cè)得的原始光譜去燥、基線矯正后，建立PLS-DA、SVM分類(lèi)模型的分類(lèi)結(jié)果對(duì)比可以看出CNN模型在去燥、基線矯正上較傳統(tǒng)方法具備更優(yōu)的性能。

廈門(mén)大學(xué) 杭緯教授

　　廈門(mén)大學(xué)杭緯教授帶來(lái)的報(bào)告題目是“近場(chǎng)光濺射解吸質(zhì)譜/光譜技術(shù)”。

　　現(xiàn)有的顯微鏡表征技術(shù)，包括電子顯微鏡、掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡和熒光顯微鏡等；現(xiàn)有的二次離

　　子質(zhì)譜表征技術(shù)難以進(jìn)行定量分析，譜圖復(fù)雜難解；現(xiàn)有的針尖增強(qiáng)拉曼表征技術(shù)橫向分辨率高，能提供部分化學(xué)信息，但可分析的分子體系少，譜峰分辨率差，靈敏度低。

　　杭緯教授介紹了近場(chǎng)針尖增強(qiáng)激光源在發(fā)射光譜中的應(yīng)用研究，包括顯微激光誘導(dǎo)擊穿光譜-高數(shù)值孔徑物鏡，飛秒激光誘導(dǎo)擊穿光譜，近場(chǎng)孔徑光纖激光源、近場(chǎng)針尖增強(qiáng)激光源，近場(chǎng)針尖增強(qiáng)激光剝蝕效應(yīng)，近場(chǎng)增強(qiáng)發(fā)射光譜成像分析等。