High-Precision and Rapid In Situ Ore Element Detection Based on Laser-Induced Breakdown Spectroscopy
1
Citation
33
Reference
10
Related Paper
Citation Trend
Abstract:
In most cases, in situ online composition detection is highly desirable for the iron and steel industry. High-precision prediction of the iron content of an iron ore is quite difficult due to the complexity of ore composition. Herein, an online composition analysis system based on laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is built up for real-time Fe concentration determination. Subsequently, using the support vector machine (SVM) combined with multivariate partial least-squares regression (PLSR) to establish a linear relationship between the spectral data and typical element content, the iron content in the standard ore tablet is used as the true value to train the model, and the iron content in the raw ore block is predicted, with an error of 1.6%. By studying the elemental distribution content of the raw ore with repeated laser ablation, it is found that the internal element content of the ore changes at different depths from the surface, and the element content quickly stabilizes. The results demonstrate that the method can accurately and effectively predict iron content online, allowing the application of online detection of industrial ore composition.Keywords:
Laser-induced breakdown spectroscopy
Iron ore
Content (measure theory)
Laser Ablation
The experimental platform for the detection of the heavy metallic elements in soil sample using laser-induced breakdown spectroscopy was built. The principle of laser-induced breakdown spectroscopy used to determine heavy metals was investigated. The LIBS emission lines for the determination of Pb and Mn elements in soil samples are 405. 78 nm and 257. 61 nm,respectively. The calibration curve was established according to the experimental data. The experimental results show that the technique of lase-induced breakdown spectroscopy can be used easily to identify Pb and Mn elements in soil samples. The probability of the laser-induced breakdown spectroscopy for the detection of Pb and Mn elements in soil samples was verified preliminarily.
Laser-induced breakdown spectroscopy
Soil test
Atomic emission spectroscopy
Cite
Citations (0)
Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) combined with partial least squares (PLS) analysis has been applied for the quantitative analysis of the ash content of coal in this paper. The multivariate analysis method was employed to extract coal ash content information from LIBS spectra rather than from the concentrations of the main ash-forming elements. In order to construct a rigorous partial least squares regression model and reduce the calculation time, different spectral range data were used to construct partial least squares regression models, and then the performances of these models were compared in terms of the correlation coefficients of calibration and validation and the root mean square errors of calibration and cross-validation. Afterwards, the prediction accuracy, reproducibility, and the limit of detection of the partial least squares regression model were validated with independent laser-induced breakdown spectroscopy measurements of four unknown samples. The results show that a good agreement is observed between the ash content provided by thermo-gravimetric analyzer and the LIBS measurements coupled to the PLS regression model for the unknown samples. The feasibility of extracting coal ash content from LIBS spectra is approved. It is also confirmed that this technique has good potential for quantitative analysis of the ash content of coal.
Laser-induced breakdown spectroscopy
Chemometrics
Cite
Citations (74)
Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) complemented with laser ablation time-of-flight mass spectroscopy (LA-TOF-MS) has been utilized for the spectrochemical analysis of samples of different dates available in Pakistan. The plasma was generated by a focused Q-Switched Nd:YAG laser (532 nm), while a set of four spectrometers were used to capture the optical spectra. For the quantitative analyses of the laser produce plasma, optically thin and local thermodynamic equilibrium conditions were validated. The optical emission spectra of the date samples detected Fe, Ca, Mg, K and Na nutritional elements and Ba, Ti, Sr, Al, Li and Si toxic elements. Same date samples were also quantitatively analysed using an LA-TOF-MS. The results obtained from the LA-TOF-MS and calibration-free LIBS (CF-LIBS) techniques showed an excellent agreement, which proves that both techniques are reliable for the multi-elemental analysis of any date sample.
Laser-induced breakdown spectroscopy
Laser Ablation
Time-of-Flight
Cite
Citations (10)
Laser-induced breakdown spectroscopy
Laser Ablation
Atomic emission spectroscopy
Atomic spectroscopy
Cite
Citations (3)
Laser induced breakdown spectroscopy (LIBS) is a recently developed analytical technique that is based upon the measurement of emission lines generated by atomic species close to the surface of the sample, thus allowing their chemical detection, identification and quantification. With powerful advantages of LIBS compared to the conventional analytical methodology, this technique can be applied in the detection of heavy metals in the field. LIBS allows the rapid analysis by avoiding laborious chemical steps. LES have already been applied for the determination of element concentration in a wide range of materials in the solid, liquid and gaseous phase with simplicity of the instrument and diversity of the analytical application. These feasibility of rapid multi elemental analysis are appealing proprieties for the in-situ analytical technique in geochemical investigation, exploration and environmental analysis. There remain still some limitations to be solved for LIBS to be applied in soil environment as an in-situ analytical technology. We would like to provide the basic principle related to the plasma formation and laser-induced breakdown of sample materials. In addition, the matrix effect, laser properties and the various factors affecting on the analytical signal of LIBS was dealt with to enhance understanding of LIBS through literature review. Ultimately, it was investigated the feasibility of LIBS application in soil environment monitoring by considering the basic idea to enhance the data quality of LIBS including the calibration method for the various effects on the analytical signal of LIBS.
Laser-induced breakdown spectroscopy
Atomic emission spectroscopy
Analytical technique
Sample Preparation
Cite
Citations (0)
Laser-induced breakdown spectroscopy
Sample (material)
Cite
Citations (1)
Από την ανάπτυξη του λέιζερ, το επιστημονικό τοπίο έχει αλλάξει δραματικά, με αποτέλεσμα νέες πειραματικές μεθοδολογίες και ποικίλες τεχνολογικές εφαρμογές. Μια αναλυτική τεχνική που μπορεί να εφαρμοστεί στο πεδίο είναι η φασματοσκοπία πλάσματος επαγόμενου από λέιζερ (Laser Induced Breakdown Spectroscopy, LIBS), η οποία μερικές φορές ονομάζεται φασματοσκοπία πλάσματος επαγόμενου με λέιζερ (Laser Induced Plasma Spectroscopy, LIPS). Η τεχνική LIBS χρησιμοποιεί ένα παλμικό λέιζερ υψηλής ενέργειας για την παραγωγή πλάσματος σε ένα δείγμα. Τα φασματικά χαρακτηριστικά που παράγονται από διεγερμένα άτομα, ιόντα και μόρια, χρησιμοποιούνται για τη συλλογή ποσοτικών και ποιοτικών αναλυτικών πληροφοριών σχετικά με το δείγμα. Λόγω του γεγονότος ότι η οπτική εκπομπή από το πλάσμα περιλαμβάνει τις φασματικές υπογραφές όλων των στοιχείων που υπάρχουν στο υλικό του δείγματος, η στοιχειακή σύσταση του μπορεί να προσδιοριστεί γρήγορα παρατηρώντας τα φάσματα LIBS. Η τεχνική LIBS προσφέρει την αξιοσημείωτη ικανότητα να εκτελεί ανάλυση πολλών στοιχείων σε πραγματικό χρόνο, η οποία δεν είναι εφικτή με άλλες παραδοσιακές τεχνικές. Ωστόσο, λόγω της σχετικά χαμηλής ευαισθησίας της, η ανίχνευση ιχνοστοιχείων παραμένει δύσκολη, γεγονός που αποτελεί βασικό μειονέκτημα αυτής της προσέγγισης. Η πρώτη καταγραφή ενός πλάσματος που παράγεται με λέιζερ αναφέρθηκε σχεδόν αμέσως μετά την εφεύρεση των λέιζερ, ενώ τις τελευταίες τρεις δεκαετίες έχει προταθεί και υλοποιηθεί ένας σημαντικός αριθμός εφαρμογών που σχετίζονται με την τεχνική LIBS. Επιπλέον, βελτιώνονται οι στατιστικές προσεγγίσεις για την ανάλυση των φασμάτων LIBS, διατίθενται εμπορικά όργανα LIBS, ενώ θεωρητικά και υπολογιστικά μοντέλα που περιγράφουν τη δυναμική συμπεριφορά του πλάσματος και της ακτινοβολίας που εκπέμπει έχουν εξεταστεί διεξοδικά μέσω πειραμάτων. Την τελευταία δεκαετία, τα χημειομετρικά εργαλεία και τα εργαλεία μηχανικής μάθησης για την ανάλυση φασματοσκοπικών δεδομένων LIBS έχουν αναζωπυρώσει το επιστημονικό ενδιαφέρον για ποικίλες εφαρμογές, λόγω των τεράστιων συνόλων δεδομένων με χιλιάδες μεταβλητές που παρέχονται σε εξαιρετικά γρήγορους χρόνους λήψης, σε σύγκριση με άλλες φασματοσκοπικές τεχνικές. Μια αναδυόμενη και απαιτητική εφαρμογή είναι η ανάλυση τροφίμων, κυρίως ως μέθοδος διασφάλισης ποιότητας. Στην παρούσα διατριβή διερευνάται η εφαρμογή της τεχνικής LIBS, με τη βοήθεια της μηχανικής μάθησης, στην ανάλυση ελαιόλαδων. Η ταξινόμηση των διαφόρων ελαιόλαδων πραγματοποιείται είτε με βάση τη γεωγραφική τους προέλευση είτε με βάση την προέλευση της ποικιλίας τους. Δοκιμάζονται διάφοροι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης και η ανάλυση των δεδομένων LIBS παρέχει πληροφορίες σχετικά με τα φασματικά χαρακτηριστικά που είναι πιο σημαντικά για την επιτυχή ταξινόμηση. Επιπλέον, πραγματοποιείται άμεση σύγκριση της τεχνικής LIBS με τη φασματοσκοπία απορρόφησης και η επακόλουθη συγχώνευση των διαφορετικών φασματοσκοπικών δεδομένων για τη βελτίωση της ακρίβειας ταξινόμησης. Στο πνεύμα αυτό, η παρούσα εργασία καταδεικνύει τις βελτιωμένες δυνατότητες της τεχνικής LIBS για την ανάλυση τροφίμων, ως εργαλείο που προτείνεται για την αξιολόγηση της ποιότητας των προϊόντων ελαιόλαδου. Το κεφάλαιο 1 της παρούσας διατριβής παρέχει μια επισκόπηση της τρέχουσας βιβλιογραφίας όσον αφορά την εφαρμογή της τεχνικής LIBS για την ανάλυση τροφίμων, γενικά. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται σε διάφορα τρόφιμα ενδιαφέροντος, όπως το ελαιόλαδο, το μέλι και το γάλα. Συζητούνται και περιγράφονται λεπτομερώς οι αρχές της τεχνικής LIBS. Δίνεται μια περίληψη των μεθόδων μηχανικής μάθησης που χρησιμοποιούνται στις αναλύσεις LIBS, με έμφαση και στην επικύρωση των προγνωστικών μοντέλων. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται διεξοδικά συγκεκριμένες εφαρμογές της LIBS στην επιστήμη των τροφίμων. Στο Κεφάλαιο 2 τα φάσματα LIBS από συνολικά 139 δείγματα εξαιρετικά παρθένου και παρθένου ελαιόλαδου ταξινομούνται με βάση τη γεωγραφική προέλευση των δειγμάτων. Χρησιμοποιούνται διάφοροι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης και αξιολογούνται οι επιδόσεις τους στην ταξινόμηση. Επιπλέον, αξιολογήθηκε η σημασία των φασματικών χαρακτηριστικών στην ταξινόμηση και εντοπίστηκαν τα πιο σημαντικά. Στο Κεφάλαιο 3 παρουσιάζεται και πραγματοποιείται μια συγκριτική μελέτη μεταξύ της φασματοσκοπίας LIBS και της φασματοσκοπίας απορρόφησης UV-Vis, όσον αφορά την ταξινόμηση των ελαιόλαδων με βάση τη γεωγραφική τους προέλευση. Τόσο τα φάσματα LIBS όσο και τα φάσματα απορρόφησης υποβλήθηκαν αρχικά σε προεπεξεργασία μέσω της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών και στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν για την κατασκευή προγνωστικών μοντέλων, χρησιμοποιώντας γραμμική διακριτική ανάλυση και μηχανές διανυσμάτων υποστήριξης. Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 4, γίνεται διάκριση των εξαιρετικά παρθένων ελαιόλαδων με βάση την προέλευση της ποικιλίας τους. Σε συνέχεια του Κεφαλαίου 3, τα φάσματα LIBS και απορρόφησης των δειγμάτων ταξινομούνται με τη χρήση των αλγορίθμων μηχανικής μάθησης και ο επακόλουθος συνδυασμός των δύο διαφορετικών τύπων φασματοσκοπικών δεδομένων, δηλαδή των φασμάτων εκπομπής και απορρόφησης, προτείνεται ως μια αποτελεσματική στρατηγική για την πρόβλεψη της προέλευσης της ποικιλίας του ελαιόκαρπου των διαφόρων δειγμάτων ελαιόλαδου.
Laser-induced breakdown spectroscopy
Cite
Citations (0)
Laser-induced breakdown spectroscopy(LIBS) is a technique based on atomic spectroscopy for the analysis of the elementary composition and concentration of materials.With the development of laser technique and optical detection technique,LIBS has become a focus in the spectrometric field.Particularly in recent years,LIBS technique develops very quickly.There emerge many new excitation and detection techniques of LIBS.At the aspect of plasma excitation;there are femtosecond-LIBS,filamentation LIBS,and dual pulse LIBS.At the aspect of spectral detection;there are time-resolved LIBS and polarization-resolved LIBS.This paper gives a review of these new LIBS techniques.
Laser-induced breakdown spectroscopy
Filamentation
Cite
Citations (0)
Combination of LIBS and VI-PLS-DA is a promising approach to achieve the online analysis and process control of waste plastic recycling.
Laser-induced breakdown spectroscopy
Cite
Citations (39)
Laser-induced breakdown spectroscopy
Certified reference materials
Matrix (chemical analysis)
Cite
Citations (4)