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关键词：
电解水;制氢;酸性离子液体;催化活性;活化能
发表时间：
2017-02-07 16:50:18
基于遗传算法和偏最小二乘法的土壤激光诱导击穿光谱定量分析研究_邹孝恒
SDY | -> | 451| 0| 0.206234MB |激光诱导击穿光谱;遗传算法;偏最小二乘法;土壤
激光诱导击穿光谱(LIES)技术是一种基于激光与物质相互作用的等离子体光谱物质组分分析技
术，它具有检测速度快、无需样品预处理、可进行实时在线及远程测量等优点[[I]，在地质分析、生物医
学、环境监测和文物鉴定等领域己得到广泛研究和应用[tz';} o LIES技术通过获取等离子体发射谱线的
强度信息确定元素的含量。传统的定量分析方法包括基本定标法和内定标法[#]，这些单变量模型仅利
用待测元素的单条特征谱线进行定量分析，无法消除谱线干扰、自吸收效应和基体效应等因素的影响，
因而准确度不能满足实际应用的需要。
偏最小二乘法(PLS)是一种多元统计数据分析方法，己用于铝合金[[5]、钢铁[[6]煤炭[[7]和植物[[A]等
材料的LIES成分检测o PLS利用一段光谱或全谱的所有数据点作为自变量，分析元素浓度作为因变
量，拟合光谱强度和元素浓度之间的关系，在一定程度上可以克服传统单变量模型的缺陷。但由于这
些变量通常会包括一些与浓度相关性较弱，甚至完全不相关的信号，因此会降低PLS模型定量分析的
真实性和准确度。通过对LIB S的原始光谱数据进行预处理，去除与分析元素浓度无关的噪声信号，保
留相关信息，可以提高PLS的预测精度。遗传算法(GA/是一种有效的全局优化算法[[9]，它借鉴生物界
的自然选择和遗传机制，利用选择、交叉和变异等操作，以给定的优化标准对光谱谱线进行筛选。GA
与PLS结合(GALS)用于物质成分分析的优越性己经在近红外光谱中得到证实[Do-ISl。然而，在LIES
领域应用较少。Fink等[I4]将GALS应用于LIES，对热塑料中的Ti元素进行定量分析，与传统的PLS
方法相比，光谱输入变量数目从87减小到22，定标均方根误差(RMSEC)和交互检验均方根误差均显著
下降。Gottfried等[IS]将GALS与LIES结合，并应用于碳酸盐、氟石和硅酸盐地质材料的分类中，用
GA提取部分数据点可以补偿双脉冲光谱的分辨率。Anderson等[I 6]将GALS应用于优化“好奇’，号火
星探测器上ChemCam仪器对岩石的远程定量分析，该方法能够减少数据量和节省计算时间，对于太空
探测和快速分析具有重要意义。
目前，土壤元素的LIES定量分析方法主要有基本定标法[D }l、内定标法[[IA]、神经网络法[[I9]和PLS
法[Czol等。本研究将GALS应用于土壤的LIES分析，对重金属元素Mn} Cr} Cu} Pb} Ba和氧」化物
术，它具有检测速度快、无需样品预处理、可进行实时在线及远程测量等优点[[I]，在地质分析、生物医
学、环境监测和文物鉴定等领域己得到广泛研究和应用[tz';} o LIES技术通过获取等离子体发射谱线的
强度信息确定元素的含量。传统的定量分析方法包括基本定标法和内定标法[#]，这些单变量模型仅利
用待测元素的单条特征谱线进行定量分析，无法消除谱线干扰、自吸收效应和基体效应等因素的影响，
因而准确度不能满足实际应用的需要。
偏最小二乘法(PLS)是一种多元统计数据分析方法，己用于铝合金[[5]、钢铁[[6]煤炭[[7]和植物[[A]等
材料的LIES成分检测o PLS利用一段光谱或全谱的所有数据点作为自变量，分析元素浓度作为因变
量，拟合光谱强度和元素浓度之间的关系，在一定程度上可以克服传统单变量模型的缺陷。但由于这
些变量通常会包括一些与浓度相关性较弱，甚至完全不相关的信号，因此会降低PLS模型定量分析的
真实性和准确度。通过对LIB S的原始光谱数据进行预处理，去除与分析元素浓度无关的噪声信号，保
留相关信息，可以提高PLS的预测精度。遗传算法(GA/是一种有效的全局优化算法[[9]，它借鉴生物界
的自然选择和遗传机制，利用选择、交叉和变异等操作，以给定的优化标准对光谱谱线进行筛选。GA
与PLS结合(GALS)用于物质成分分析的优越性己经在近红外光谱中得到证实[Do-ISl。然而，在LIES
领域应用较少。Fink等[I4]将GALS应用于LIES，对热塑料中的Ti元素进行定量分析，与传统的PLS
方法相比，光谱输入变量数目从87减小到22，定标均方根误差(RMSEC)和交互检验均方根误差均显著
下降。Gottfried等[IS]将GALS与LIES结合，并应用于碳酸盐、氟石和硅酸盐地质材料的分类中，用
GA提取部分数据点可以补偿双脉冲光谱的分辨率。Anderson等[I 6]将GALS应用于优化“好奇’，号火
星探测器上ChemCam仪器对岩石的远程定量分析，该方法能够减少数据量和节省计算时间，对于太空
探测和快速分析具有重要意义。
目前，土壤元素的LIES定量分析方法主要有基本定标法[D }l、内定标法[[IA]、神经网络法[[I9]和PLS
法[Czol等。本研究将GALS应用于土壤的LIES分析，对重金属元素Mn} Cr} Cu} Pb} Ba和氧」化物
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