水体重金属激光诱导击穿光谱定量分析方法对比研究

王春龙; 刘建国; 赵南京; 马明俊; 王寅; 胡丽; 张大海; 余洋; 孟德硕; 章炜; 刘晶; 张玉钧; 刘文清

doi:10.7498/aps.62.125201

摘要

建立了适用于激光诱导击穿光谱探测的多元线性回归、神经网络回归和支持向量机回归三种定量反演算法模型, 以水体重金属Ni为例进行了回归实验测试和对比分析. 多元线性回归、神经网络回归和支持向量机回归的平均相对标准偏差分别为7.60%, 4.86%, 2.35%; 最大相对标准偏差分别为23.35%, 15.20%, 8.29%; 平均相对误差分别为25.98%, 10.58%, 2.72%, 最大相对误差分别为116.47%, 47.38%, 9.89%. 研究为进一步实现水中痕量金属元素的快速定量分析提供了方法和数据参考.

关键词:

Abstract

The quantitative analysis models of multiple linear regression, neural network regression and support vector machine regression with laser-induced breakdown spectroscopy are established in this paper. Heavy metal Ni in water selected as research object is tested and comparativly analyzed. The average relative standard deviations of multiple linear regression, neural network regression and support vector machine regression are 7.60%, 4.86% and 2.35%, and the maximum standard deviations are 23.35%, 15.20% and 8.29% respectively, the average relative errors are 25.98%, 10.58% and 2.72%, and the maximum relative errors are 116.47%, 47.38% and 9.89% respectively. Methods and reference data are provided for the further study of fast measurement of tracing heavy metals in water by laser induced breakdown spectroscopy technique.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院安徽光学精密机械研究所, 中国科学院环境光学与技术重点实验室, 合肥 230031

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60908018)和国家重大科技专项(批准号: 2009ZX07527-007, 2009ZX07420-008, 2011ZX05051)资助的课题.

Authors and contacts

1.
Key Laboratory of Environment Optics and Technology, Institute of Anhui Optics Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60908018) and the Major Project of the Ministry of Science and Technology of China (Grant Nos. 2009ZX07527-007, 2009ZX07420-008, 2011ZX05051).

参考文献

[1]	Sadegh Cheri M, Tavassoli S H 2011 Appl. Opt. 50 1227
[2]	Sun D X, Su M G, Dong C Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 4571 (in Chinese) [孙对兄, 苏茂根, 董晨钟 2010 59 4571]
[3]	Lu C P, Liu W Q, Zhao N J 2011 Acta Phys. Sin. 60 045206 (in Chinese) [鲁翠平, 刘文清, 赵南京 2011 60 045206]
[4]	Dong M R, Lu J D, Yao S C 2012 J. Engineer. Thermophys. 33 175 (in Chinese) [董美蓉, 陆继东, 姚顺春 2012 工程热 33 175]
[5]	Wang Z, Feng J, Li L Z 2011 J. Anal. At. Spectrom. 26 2289
[6]	Wang Z, Feng J, Li L Z 2011 J. Anal. At. Spectrom. 26 2175
[7]	Shen Q M, Zhou W D, Li K X 2010 Acta Photon. Sin. 39 2134 (in Chinese) [沈沁梅, 周卫东, 李科学 2010 光子学报 39 2134]
[8]	Alsulmi A S 2008 Ph. D. Dissertation (Saudi Arabia: Kingdom of Saudi Arabia Ministry of Higher Education King Saud University)
[9]	Díaz Pace D M 2006 Spectrochim. Acta B 61 929
[10]	Wu J Q, Chang L, Liu L M 2010 Appl. Laser. 30 340 (in Chinese) [吴金泉, 常亮, 刘林美 2010 应用激光 30 340]
[11]	Chen Z J, Li H K 2008 Spectrochim. Acta B 63 64
[12]	Zhao F, Zhang Q, Xiong W 2010 Environ. Sci. Technol. 33 137 (in Chinese) [赵芳, 张谦, 熊威 2010 环境科学与技术 33 137]
[13]	Zhong S L, Lu Y, Cheng K 2011 Spectrosc. Spectral Anal. 31 1458 (in Chinese) [钟石磊, 卢渊, 程凯 2011 光谱学与光谱分析 31 1458]
[14]	Wu J L, Fu Y X 2008 Spectrosc. Spectral Anal. 28 1979 (in Chinese) [吴江来, 傅院霞 2008 光谱学与光谱分析 28 1979]
[15]	Xiu J S, Hou H M, Zheng R E 2011 Chin. J. Lasers 38 0815003 (in Chinese) [修俊山, 侯华明, 郑荣儿 2011中国激光 38 0815003]
[16]	Zhu B F, Xu G Y, Li J M 2007 Instrum. Metrol. Technol. 1 39 (in Chinese) [朱滨峰, 徐桂云, 李俊敏 2007 仪器仪表标准化与计量 1 39]
[17]	Xu H M, Wang H Y, Liang J 2010 J. Beijing Institute Petro-Chem. Technol. 18 62 (in Chinese) [徐红敏, 王海英, 梁瑾 2010 北京石油化工学院学报 18 62]
[18]	Chen G, Zhou J 2008 Acta Metrol. Sin. 29 92 (in Chinese) [陈果, 周伽 2008 计量学报 29 92]
[19]	Liu X F, Wang J D 2011 Informat. Res. 37 46 (in Chinese) [刘小飞, 王建东 2011 信息化研究 37 46]
[20]	Zhang X S, Wang L, Pan F 2012 Comput. Engineer. 38 175 (in Chinese) [张相胜, 王蕾, 潘丰 2012 计算机工程 38 175]
[21]	Hou Z Y, Yao S W, Gu Y Q 2006 J. Henan Normal Univ. 34 75 (in Chinese) [侯振雨, 姚树文, 谷永庆 2006 河南师范大学学报 34 75]
[22]	Zhang X, Liu X M, Xiao X L 2005 Chin. J. Eng. Geophys. 2 191 (in Chinese) [张翔, 刘晓敏, 肖小玲 2005工程地球 2 191]
[23]	Guo S X, Wang Y F, Chen A 2007 Comput. Engineer. Appl. 43 12 (in Chinese) [郭水霞, 王一夫, 陈安 2007 计算机工程与应用 43 12]
[24]	Zheng Y, Cheng W M, Cheng Y 2011 Mech. Sci. Technol. 30 52 (in Chinese) [郑严, 程文明, 程跃 2011 机械科学与技术 30 52]

施引文献

[1]	Sadegh Cheri M, Tavassoli S H 2011 Appl. Opt. 50 1227
[2]	Sun D X, Su M G, Dong C Z 2010 Acta Phys. Sin. 59 4571 (in Chinese) [孙对兄, 苏茂根, 董晨钟 2010 59 4571]
[3]	Lu C P, Liu W Q, Zhao N J 2011 Acta Phys. Sin. 60 045206 (in Chinese) [鲁翠平, 刘文清, 赵南京 2011 60 045206]
[4]	Dong M R, Lu J D, Yao S C 2012 J. Engineer. Thermophys. 33 175 (in Chinese) [董美蓉, 陆继东, 姚顺春 2012 工程热 33 175]
[5]	Wang Z, Feng J, Li L Z 2011 J. Anal. At. Spectrom. 26 2289
[6]	Wang Z, Feng J, Li L Z 2011 J. Anal. At. Spectrom. 26 2175
[7]	Shen Q M, Zhou W D, Li K X 2010 Acta Photon. Sin. 39 2134 (in Chinese) [沈沁梅, 周卫东, 李科学 2010 光子学报 39 2134]
[8]	Alsulmi A S 2008 Ph. D. Dissertation (Saudi Arabia: Kingdom of Saudi Arabia Ministry of Higher Education King Saud University)
[9]	Díaz Pace D M 2006 Spectrochim. Acta B 61 929
[10]	Wu J Q, Chang L, Liu L M 2010 Appl. Laser. 30 340 (in Chinese) [吴金泉, 常亮, 刘林美 2010 应用激光 30 340]
[11]	Chen Z J, Li H K 2008 Spectrochim. Acta B 63 64
[12]	Zhao F, Zhang Q, Xiong W 2010 Environ. Sci. Technol. 33 137 (in Chinese) [赵芳, 张谦, 熊威 2010 环境科学与技术 33 137]
[13]	Zhong S L, Lu Y, Cheng K 2011 Spectrosc. Spectral Anal. 31 1458 (in Chinese) [钟石磊, 卢渊, 程凯 2011 光谱学与光谱分析 31 1458]
[14]	Wu J L, Fu Y X 2008 Spectrosc. Spectral Anal. 28 1979 (in Chinese) [吴江来, 傅院霞 2008 光谱学与光谱分析 28 1979]
[15]	Xiu J S, Hou H M, Zheng R E 2011 Chin. J. Lasers 38 0815003 (in Chinese) [修俊山, 侯华明, 郑荣儿 2011中国激光 38 0815003]
[16]	Zhu B F, Xu G Y, Li J M 2007 Instrum. Metrol. Technol. 1 39 (in Chinese) [朱滨峰, 徐桂云, 李俊敏 2007 仪器仪表标准化与计量 1 39]
[17]	Xu H M, Wang H Y, Liang J 2010 J. Beijing Institute Petro-Chem. Technol. 18 62 (in Chinese) [徐红敏, 王海英, 梁瑾 2010 北京石油化工学院学报 18 62]
[18]	Chen G, Zhou J 2008 Acta Metrol. Sin. 29 92 (in Chinese) [陈果, 周伽 2008 计量学报 29 92]
[19]	Liu X F, Wang J D 2011 Informat. Res. 37 46 (in Chinese) [刘小飞, 王建东 2011 信息化研究 37 46]
[20]	Zhang X S, Wang L, Pan F 2012 Comput. Engineer. 38 175 (in Chinese) [张相胜, 王蕾, 潘丰 2012 计算机工程 38 175]
[21]	Hou Z Y, Yao S W, Gu Y Q 2006 J. Henan Normal Univ. 34 75 (in Chinese) [侯振雨, 姚树文, 谷永庆 2006 河南师范大学学报 34 75]
[22]	Zhang X, Liu X M, Xiao X L 2005 Chin. J. Eng. Geophys. 2 191 (in Chinese) [张翔, 刘晓敏, 肖小玲 2005工程地球 2 191]
[23]	Guo S X, Wang Y F, Chen A 2007 Comput. Engineer. Appl. 43 12 (in Chinese) [郭水霞, 王一夫, 陈安 2007 计算机工程与应用 43 12]
[24]	Zheng Y, Cheng W M, Cheng Y 2011 Mech. Sci. Technol. 30 52 (in Chinese) [郑严, 程文明, 程跃 2011 机械科学与技术 30 52]

[1]	侯佳佳, 张大成, 冯中琦, 朱江峰. 基于温度迭代校正自吸收效应的激光诱导击穿光谱定量分析方法. , 2024, 73(5): 054205. doi: 10.7498/aps.73.20231541
[2]	戴宇佳, 李明亮, 宋超, 高勋, 郝作强, 林景全. 空间约束结合梯度下降法提高铝合金中Fe成分激光诱导击穿光谱技术检测精度. , 2021, 70(20): 205204. doi: 10.7498/aps.70.20210792
[3]	董鹏凯, 赵上勇, 郑柯鑫, 王蓟, 高勋, 郝作强, 林景全. 激光诱导击穿光谱技术结合神经网络和支持向量机算法的人参产地快速识别研究. , 2021, 70(4): 040201. doi: 10.7498/aps.70.20201520
[4]	杨雪, 李苏宇, 姜远飞, 陈安民, 金明星. 不同样品温度下聚焦透镜到样品表面距离对激光诱导铜击穿光谱的影响. , 2019, 68(6): 065201. doi: 10.7498/aps.68.20182198
[5]	赵法刚, 张宇, 张雷, 尹王保, 董磊, 马维光, 肖连团, 贾锁堂. 基于自吸收量化的激光诱导等离子体表征方法. , 2018, 67(16): 165201. doi: 10.7498/aps.67.20180374
[6]	杨文斌, 周江宁, 李斌成, 邢廷文. 激光诱导氮气等离子体时间分辨光谱研究及温度和电子密度测量. , 2017, 66(9): 095201. doi: 10.7498/aps.66.095201
[7]	李建欣, 柏财勋, 刘勤, 沈燕, 徐文辉, 许逸轩. 新型干涉高光谱成像系统的光束剪切特性分析. , 2017, 66(19): 190704. doi: 10.7498/aps.66.190704
[8]	刘玉峰, 张连水, 和万霖, 黄宇, 杜艳君, 蓝丽娟, 丁艳军, 彭志敏. 激光诱导击穿火焰等离子体光谱研究. , 2015, 64(4): 045202. doi: 10.7498/aps.64.045202
[9]	耿辉, 刘建国, 张玉钧, 阚瑞峰, 许振宇, 姚路, 阮俊. 基于可调谐半导体激光吸收光谱的酒精蒸汽检测方法. , 2014, 63(4): 043301. doi: 10.7498/aps.63.043301
[10]	张颖, 张大成, 马新文, 潘冬, 赵冬梅. 基于激光诱导击穿光谱技术定量分析食用明胶中的铬元素. , 2014, 63(14): 145202. doi: 10.7498/aps.63.145202
[11]	刘玉峰, 丁艳军, 彭志敏, 黄宇, 杜艳君. 激光诱导击穿空气等离子体时间分辨特性的光谱研究. , 2014, 63(20): 205205. doi: 10.7498/aps.63.205205
[12]	陈添兵, 姚明印, 刘木华, 林永增, 黎文兵, 郑美兰, 周华茂. 基于多元定标法的脐橙Pb元素激光诱导击穿光谱定量分析. , 2014, 63(10): 104213. doi: 10.7498/aps.63.104213
[13]	杜闯, 高勋, 邵妍, 宋晓伟, 赵振明, 郝作强, 林景全. 土壤中重金属元素的双脉冲激光诱导击穿光谱研究. , 2013, 62(4): 045202. doi: 10.7498/aps.62.045202
[14]	郭连波, 郝荣飞, 郝中骐, 李阔湖, 沈萌, 任昭, 李祥友, 曾晓雁. 激光诱导AlO自由基B2+X2+跃迁光谱研究. , 2013, 62(22): 224211. doi: 10.7498/aps.62.224211
[15]	李相贤, 高闽光, 徐亮, 童晶晶, 魏秀丽, 冯明春, 金岭, 王亚萍, 石建国. 基于傅里叶变换红外光谱法CO2气体碳同位素比检测研究. , 2013, 62(3): 030202. doi: 10.7498/aps.62.030202
[16]	张旭, 姚明印, 刘木华. 激光诱导击穿光谱结合偏最小二乘法定量分析脐橙中Cd含量. , 2013, 62(4): 044211. doi: 10.7498/aps.62.044211
[17]	于洋, 郝中骐, 李常茂, 郭连波, 李阔湖, 曾庆栋, 李祥友, 任昭, 曾晓雁. 支持向量机算法在激光诱导击穿光谱技术塑料识别中的应用研究. , 2013, 62(21): 215201. doi: 10.7498/aps.62.215201
[18]	鲁翠萍, 刘文清, 赵南京, 刘立拓, 陈东, 张玉钧, 刘建国. 土壤重金属铬元素的激光诱导击穿光谱定量分析研究. , 2011, 60(4): 045206. doi: 10.7498/aps.60.045206
[19]	孙对兄, 苏茂根, 董晨钟, 王向丽, 张大成, 马新文. 基于激光诱导击穿光谱技术的铝合金成分定量分析. , 2010, 59(7): 4571-4576. doi: 10.7498/aps.59.4571
[20]	张大成, 马新文, 朱小龙, 李斌, 祖凯玲. 激光诱导击穿光谱应用于三种水果样品微量元素的分析. , 2008, 57(10): 6348-6353. doi: 10.7498/aps.57.6348

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