本发明公开了一种多路激光探针检测系统与方法。该检测系统 可将激光光源分成多路通过光纤分别传送至多个待测点，激发产生激 光等离子体后，将相应的光谱信号传回检测系统，最终实现一台激光 探针仪的多点同时在线检测，使用光纤传输激光和光谱信号，不仅可 以提高恶劣环境中激光探针的抗干扰能力，而且还可以大幅降低激光 探针仪的应用成本。该发明特别适用于包含多条生产线的大型工业过 程，具备对生产线上的产品的多种元素同时进行在线监测的能

本发明属于激光探针定量分析技术，具体为一种提高激光探针 分析精确度的方法，以利用多谱线比值法提高激光探针定量分析准确 度和精密度。该方法首先对被测元素和基体元素的多条谱线间的强度 比值进行优化，然后将优化后的一些强度比值作为定量分析模型的输 入值，对模型进行训练，使用训练后的分析模型实现对被测物中被测 元素的定量分析。该方法自动去除不合适的谱线比值，只留下那些能 很好地反映被测元素含量信息和等离子体状态信息的被测元素

全元素快速定量检测方法及绿色技术，实现在线实时检测的需求。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 1、研发背景 在食品、药品、冶金、煤炭、化工等各行业的工业现场特定工业步骤上需要原料在线全元素监测设备，以保证生产质量，因此，都需要快速获取其成分及元素信息的在线检测系统，用以实现在线原料配比、工业品判别、质量评价等过程管控，实现无人值守的智能化生产制造，节能增效，现在基本采用传统的靠经验、抽检、人为调配方式，难以精确生产、人为因素影响大、品质难于保障。离线的全元素分析方法有气相色谱法、液相色谱法、质谱法等工序复杂，耗时长，无法实时指导在线生产。因此，不能满足智能工厂和数字工厂对现场工艺的实时调控与质量监测等升级换代的需求，如智慧电厂对煤炭在线检测和实时自动配煤的需求、药厂对于药品质量的实时监测和管控、食品安全方面农残等有害物质的快速评测等。一直缺少相关全元素快速定量检测方法及绿色技术，难以实现在线实时检测的需求。 针对不同行业的不同产品所涉及多种不同元素，特别是轻元素（Z<11）的快速实时定量检测需求，本前沿技术依托脉冲激光诱导原子发射光谱的绿色技术，解决全元素快速检测的技术问题，开发快速全元素定量检测智能光谱技术，从而解决智能制造领域的关键传感器环节的产品需求，将在食品、药品、煤炭、土壤、冶金等领域实现大规模应用，填补相关传感器缺失的技术空白。 2、解决主要问题 瞄准国家智能制造快速全元素检测技术空白，针对煤电企业十三五规划节煤降耗重大需求，注重理工结合，基于微区增强光谱理论及技术研制开发了在线煤质分析仪。利用大介电常数限域理论及放电增强光谱技术部分抑制了基体效应的影响【OE，2017；OE，2018】，光谱强度增加近10倍，光谱稳定度提高了57%，实现了高精度光谱测量，解决了煤质检测准确性低、稳定性差的问题，进而完成了高稳定性全元素快速检测光谱系统产业化应用【JAAS，2020】，建立了产业化基地。该系统可完成C、H、N、S在内的50余种元素高精度快速定量分析，并给出煤热值、灰分、挥发分、水分四大指标。 3、创新性 技术创新：利用大介电常数限域理论及放电增强光谱技术部分抑制了基体效应的影响【OE，2017；OE，2018】，光谱强度增加近10倍，光谱稳定度提高了57%，实现了高精度光谱测量，解决了煤质检测准确性低、稳定性差的问题。 算法创新：依托智能算法，实现了六个月以上的稳定监测，有效的抑制了环境导致的信号变化。 技术先进性：突破了激光激发稳定性，算法鲁棒性等重要问题，目前是目前市场上唯一可选的依托激光光谱技术的煤质在线检测设备，是全国第一台安装在电厂的在线激光煤质监测设备；是唯一已经在工业化现场工作超过6年的工业化系统；唯一的算法稳定性超过半年的工业化设备。 4、推广应用价值为该行业提供了绿色煤质在线检测解决方案，先后在华电国际集团邹县、章丘等电厂装机七套，打通煤电企业燃烧控制最后一个技术环节，每个机组可年均节能百万元，总计节能千万余元，并大大降低了元素检测不当导致的锅炉事故率，将改变煤电行业的粗犷式运行方式。该系统还将在海关、土壤、医药等民用领域实现大规模应用，服务于“中国制造2025”的国家战略。

本发明公开了一种抑制激光探针自吸收效应的方法，该方法采 用脉冲激光对待测样品进行烧蚀以产生等离子体，再利用与等离子体 中基态粒子受激吸收跃迁到高能态能级相匹配的激光束对等离子体进 行选择性激发，提高对基态粒子的受激吸收跃迁效率，避开对等离子 体中心待测元素发射光谱的自吸收，以避免待测元素激光等离子体自 吸收效应的产生。本发明从等离子体的本征物理特性出发去消除自吸 收效应，同时又不引入外来干扰，这样不仅可以获得等离子体

LT2200加持了真理光学首创的衍射爱里斑反常变化（ACAD)的补偿修正技术的使用，使用户无需选择分析模式，即可在全粒径范围获得准确可靠的粒度结果；LT2200系列粒度仪还采用了真理光学独创的高速全息信号处理技术，测量速度最高可达每秒20000次，确保不漏检任何粒径和形状的颗粒； LT2200系列粒度仪的粒径范围为0.02um-2200um, 适用于制药，电池材料，地质，水文，化工和磨料等诸多行业的颗粒粒度分析。

LT3600是真理光学基于多年的科研成果开发的新一代超高速智能激光粒度分析系统，加持了多项创新和专利技术，无需更换透镜，无需使用标准样校准，量程范围达到0.02微米至3600微米，测量速度最高可达20000次/秒，兼具极高的灵敏度和重现性，对所有类型的样品均可获得准确可靠的结果。 LT3600加持了以下多项创新和专利技术： ◆ 偏振滤波技术 ◆ 衍射爱里斑反常变化（ACAD）的补偿修正技术 ◆ 斜置梯形测量窗口 ◆ 格栅式超大角检测技术 ◆ 粒度分析模式优化及自适应技术 ◆ 双驱动进样分散集成技术 LT3600光学测量系统的卓越性能还包括： ◆ 完全符合ISO13320衍射法测量技术标准 ◆ 独特的光路配置，超大连续的物理测量角度，无检测盲区 ◆ 改进型反演算法，用户无需选择“分析模式”，兼顾极高的分辨率和稳定性 ◆ 无需更换透镜，无需使用标准样校准，量程范围达到0.02微米至3600微米 ◆ 采用全息信号同步处理技术，实时测量速度最高达每秒20000次，不漏检任何形状和分布颗粒的衍射信息 ◆ 采用自动温度恒定技术的超高稳定固体激光光源系统，彻底克服了氦氖气体激光器预热时间长，使用寿命短的缺点 ◆ 采用偏振空间滤波技术，彻底摒弃导致机械和热稳定性差的针孔滤波器 ◆ 高强度金属光学底座及激光能量跟踪和稳定技术，兼具极高的稳定性和抗干扰能力

激光诱导击穿光谱（Laser-induced Breakdown Spectroscopy，LIBS）技术是一种原子发射光谱分析技术，其基本原理是利用脉冲激光在待测样品表面激发产生等离子体，通过等离子体发射的光谱波长和强度信息，分别获得待测元素的种类及含量。LIBS技术因具有无需制样、分析速度快、远程非接触、可实现对任何物质的多元素同时分析等特点，被誉为分析领域的“未来超级巨星”，在航空航天、智能制造、生物医药、环境保护、能源、地质、深海探测等领域都极具应用前景，特别是2021年我国“祝融号”火星车搭载LIBS系统登陆火星开展地质勘探，使得该技术再次成为国内外的研究热点。LIBS系统主要由激光器、光谱仪、探测器和时序控制器等核心单元组成，典型的LIBS检测系统如图1（左）所示，光谱图如图1（右）所示。 图1典型的LIBS检测系统（左）与LIBS光谱图（右） 本团队对LIBS技术进行了长达15年的攻关，在一系列关键技术上取得了重大突破，成功研制了从台式、移动式到手持式的系列国产LIBS元素分析仪，实现了6种LIBS成分分析仪器的国产化，并成功推动其在金属材料、环境保护和生物安全等领域的应用。研究工作从基础研究、装备研发到工程应用全链条展开（如图2），取得的创新成果如下。 图2团队对于LIBS技术从基础研究-装备研发-工业应用的全链条攻关 （1）高灵敏度、高稳定性和高精度LIBS分析新方法 针对LIBS技术存在自吸收效应、基本效应和光谱波动性大等问题导致其探测极限低、灵敏度差和分析精度低的难题，团队提出了一系列新技术新方法。 1）提出采用OPO波长可调谐激光对等离子体中基态粒子进行能态选择性激发的新方法，从源头上阻止了LIBS自吸收效应产生，从而获得自吸收免疫的LIBS本征光谱。 2）提出采用微波对等离子体进行瞬时加热，获得温度场均匀分布的等离子体，实现宽光谱多元素的自吸收效应遏止。 3）提出一种基于等离子体图像-光谱融合的图像辅助LIBS技术，有效克服了基体效应对定标曲线建立的影响，大幅度提高了LIBS的定量分析精度。 4）针对工业现场物质的快速高精度定量分析需求，提出一种仅需一个标准样品就可完成定量的LIBS单标样法和一种可克服自吸收效应影响的LIBS无标样定量方法。 5）针对生物体、食品、中药等疏松含水组织基体复杂，导致光谱信号微弱且波动大的问题，提出了从光谱预处理-特征提取-机器学习模型的全链条定性定量分析算法，相比于传统分析方法，可将分析精度提高10%。 6）提出一种面向金属3D打印构件的激光谱-超声同时检测技术，可同时对金属3D打印构件的表面元素分布、内部缺陷、残余应力和晶粒度进行同步分析。 （2）高精度LIBS成分分析仪研制 针对LIBS的光机电系统难以集成的难题，团队通过构筑模块化“笼式”光路系统，研制了共聚焦显微光学系统、同轴信号采集、放大装置等新技术，成功将OPO共振激发和等离子体图像-光谱融合新技术集成到LIBS成分分析仪中，实现了10-7量级的LIBS探测极限，将LIBS探测灵敏度提高了2个数量级，探测稳定性优于2%。所研制的系列激光探针元素分析仪如图3所示。 图3台式到便携式系列LIBS分析仪

通过大规模筛选，鉴定出PBOV1等一系列肝癌相关基因，并证实PBOV1确实是肝癌患者的不良预后因素。在进一步的体外功能实验中发现，PBOV1可通过调控β-catenin信号通路增强肝癌干细胞的功能，进而促进肝癌进展和转移，具有作为肝癌特异性基因治疗位点的可能性。但是，目前肝癌治疗基因的体内载体问题仍未得到完全解决。所以，该团队利用帅心涛教授长期研究开发的肝癌细胞靶向化纳米载体平台，将治疗基团导入肝癌模型，实现对肝癌细胞的精准体内抑制。更为巧妙的是，该纳米载体在进行肝癌体内基因治疗的同时，可以作为高灵敏度的分子影像探针，方便地进行MRI-近红外荧光多模态活体成像，实现治疗过程和治疗效果的实时显像，动态展示纳米药物的体内实时分布和病灶在治疗过程的变化，便于后期个体化治疗技术的开发。

一种空间分辨激光诱导击穿光谱分析系统，包括脉冲激光器，激光束变换聚焦光学系统，位移台，激光诱导等离子体信号采集装置，光谱仪，计算机；激光诱导等离子体信号采集装置包括夹持器和光纤探针，夹持器的弧形导轨上至少有一个滑块，滑块可在弧形导轨上滑动，滑块中央的孔中有可沿弧形导轨径向移动的套筒；光纤探针固定在套筒的圆孔中。

该成果是针对现有技术缺陷，设计了一种可对五孔探针的位置和角度进行精细调节的机械装置。其特征是，设有支架、 握持座、五孔探针、滑动导杆、丝杠螺母机构和蜗轮蜗杆机构，握持座、五孔探针、丝杠螺母机构和蜗轮蜗杆机构安装在支架上，所述丝杠螺母机构由管状丝杠管状旋套螺母构成，螺母安装在支架上，所述蜗轮蜗杆机构设有蜗轮、蜗杆和蜗杆座，蜗杆与蜗轮啮合连接，蜗杆安装固定在蜗杆座上，蜗杆座与所述握持座固定连接，所述五孔探针杆穿插在管状丝杠内与蜗轮同心，蜗杆座上设有导孔穿套在滑动导杆上，丝杠螺母机构调节五孔探针的轴向运动