中科院沈阳自动化所孙兰香LIBS团队：元素成分LIBS在线分析

　　一、 中国科学院沈阳自动化研究所孙兰香团队风采

　　中国科学院沈阳自动化研究所LIBS团队由孙兰香研究员领衔，初创于2007年，目前有研究员1名，副研究员3名，助理研究员5名，在读博士研究生2名，硕士研究生5名，已毕业博士2名，硕士4名。

　　针对工业生产成分检测的需求，本团队致力于金属冶炼、选矿等行业的元素成分在线分析的研究，经过十多年的机理研究及研发产品迭代，攻克了冶金工业现场高温、多粉尘恶劣环境等多种问题，研发出多款适用于冶金、选矿、金属回收等多种领域的LIBS在线检测产品。

中国科学院沈阳自动化研究所LIBS团队

　　二、 中国科学院沈阳自动化研究所孙兰香团队LIBS相关研究成果及研究最新进展

　　钢铁行业

　　从东北老工业基地的特点及需求出发，团队首先以钢铁行业为切入点，从2007年立项研究，到2010年初代样机通过工厂试验，2014年二代样机成功实现工厂示范应用，已经研制成可适用于钢铁冶炼在线成分分析仪，并国际上首次实现了40吨级钢包的钢水成分在线测量。

　　图1 钢铁冶炼LIBS分析仪一代(左)、二代(右)

　　有色行业

　　为了拓展LIBS的应用领域，结合团队的研究方向，研发出可适用于有色行业冶炼生产的原型样机，并经过产品迭代，目前已经形成性能完备的适合铝合金、铜合金生产过程在线成分检测的LIBS在线成分分析仪(SIA-LIBSmelt)，为国内首款液态铝合金及铜合金成分在线分析设备。并在辽宁忠旺、天津立中合金、大连亚明、贵阳铝镁设计院等多家企业中得到应用验证。

　　图2 液态金属分析仪应用现场(A 辽宁忠旺、 B 天津立中合金、 C 大连亚明、 D贵阳铝镁设计院)

　　选矿行业

　　进一步向金属冶炼的上游领域拓展应用，团队又研发出基于LIBS技术适用于选矿过程的在线元素成分分析仪(SIA-LIBSlurry)，仪器目前已经在云南磷化集团的选矿厂进行示范应用。该仪器通过更换外挂箱可同时满足液体、固体的分析需求，部分固体元素的检出限可达到1ppm。

　　图3 矿浆LIBS在线成分分析仪及现场应用

　　金属分选及识别

　　为了节能、环保及节约成本，废旧金属的回收再利用会在未来金属生产过程中占据越来越多的比重，团队针对行业的未来发展趋势，研发出全自动废旧金属分拣系统(SIA-LIBSorting)，可以实现40件/秒的分拣速度，分拣准确率可以达到95%以上。

　　图4 LIBS废旧金属智能分选装备

　　便携式LIBS分析仪

　　针对物体辨别等通用领域，团队研发出便携式LIBS分析仪(SIA-LIBSport)，可以适用于金属及其牌号的识别、岩石种类鉴别等多种应用领域。LIBSport包括手持测量探头和手提箱，手持部分重量小于1.5千克，方便人手长时间抓握。LIBSport内嵌多种金属牌号库，可定性判别钢、铜、铝、钨、钛、钴、铅等大类物质，可定量分析不锈钢、低合金钢、铝合金、铜合金等常见金属，并且可以根据客户需求添加。

　　LIBSport分析仪相比单纯手持式LIBS系统具有更高的激光功率，可以适用于更广泛的分析样品。LIBSport对于碳钢中的碳也有较好的分析能力，不需要氩气便可实现0.1%以上碳含量的半定量分析，能判别大部分碳钢的牌号。LIBSport加载Win 10系统，提供部分科研级服务，方便用户拓展应用。

　　图5 便携式LIBS分析仪

　　三、 中国科学院沈阳自动化研究所孙兰香团队代表性论文

　　1. Wei WANG, Lanxiang SUN, Peng ZHANG, Liming ZHENG, Lifeng QI, Wei DONG, A method of laser focusing control in micro-laser-induced breakdown spectroscopy, Plasma Sci. Technol. 21 (2019) 034004

　　2. Peng Zhang, Lanxiang Sun*, Haibin Yu, Peng Zeng, Lifeng Qi, and Yong Xin, An Image Auxiliary Method for Quantitative Analysis of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Analytical Chemistry, 2018, 90(7): 4686-4694.

　　3. Lanxiang Sun*, Haibin Yu, Zhibo Cong, Hui Lu, Bin Cao, Peng Zeng, Wei Dong, Yang Li. Applications of laser-induced breakdown spectroscopy in the aluminum electrolysis industry, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2018,142:29-36

　　4. 孙兰香, 汪为, 田雪咏, 张鹏, 齐立峰, 郑黎明, 激光诱导击穿光谱微区分析的研究应用进展, 分析化学, 2018, 46(10):1518-1527.

　　5. 周中寒; 田雪咏; 孙兰香; 张鹏; 郭志卫; 齐立峰. Fiber-LIBS技术结合SVM鉴定铝合金牌号, 激光与光电子学进展, 2018,55(6):1-7.

　　6. 辛勇, 李洋, 李伟, 刘学, 李菁菁, 杨志家, 于海斌, 孙兰香. 基于LIBS技术在线监测熔融铝水中的元素成分, 光子学报, 2018, 47(8):1-8. (EI)

　　7. P. Zhang, L. X. Sun*, H. B. Yu, P. Zeng, L. F. Qi, and Y. Xin. An intensity correction method combined with plasma position information for Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2017, 32(12): 2371 - 2377

　　8. 孔海洋，孙兰香*，胡静涛，张鹏. 激光诱导击穿光谱定量化标定谱线自动选择方法, 光谱学与光谱分析, 2016, 36(5): 1451-1457

　　9. 辛勇, 孙兰香*, 杨志家, 李洋, 丛智博, 齐立峰, 张鹏, 曾鹏. 基于一种远程双脉冲激光诱导击穿光谱系统原位分析钢样成分, 光谱学与光谱分析, 2016, 36(7): 2255-2259

　　10. Yong Xin, Lan-Xiang Sun*, Zhi-Jia Yang, Peng Zeng, Zhi-Bo Cong, Li-Feng Qi. In Situ Analysis of Magnesium Alloy using a Standoff and Double-Pulse Laser-Induced Breakdown Spectroscopy System, Frontiers of Physics, 2016, 11(5): 115207

　　11. Lanxiang Sun*, Haibin Yu, Zhibo Cong, Yong Xin, Yang Li, Lifeng Qi. In situ analysis of steel melt by double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy with a Cassegrain telescope, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2015,112:40-48

　　12. Bo Zhang, Lanxiang Sun*, Haibin Yu, et.al. A method for improving wavelet threshold denoising in Laser-induced breakdown spectroscopy, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 2015, 107: 32-44

　　13. QI Lifeng, SUN Lanxiang*, XIN Yong, CONG Zhibo, LI Yang, YU Haibin. Application of Stand-off Double-Pulse Laser-Induced Breakdown Spectroscopy on Elemental Analysis of Magnesium Alloy, PLASMA SCIENCE & TECHNOLOGY, 2015 , 17(8): 676-681

　　14. KONG Haiyang, SUN Lanxiang*, HU Jingtao, XIN Yong, CONG Zhibo. A comparative study of two data reduction methods for steel classification based on LIBS, PLASMA SCIENCE & TECHNOLOGY, 2015, 17(11): 964-970

　　15. 孙兰香*,辛勇,丛智博,李洋,齐立峰. 通过二次回归正交设计对激光诱导击穿光谱实验参数优化建模, 光学学报, 2014, 34(5): 53003

　　16. 丛智博，孙兰香*，辛勇，李洋，齐立峰，杨志家. 基于激光诱导击穿光谱的合金钢组分偏最小二乘定量分析，光谱学与光谱分析，2014, 33(2): 1-6

　　17. Haiyang Kong, Lanxiang Sun*, Jingtao Hu, Yong Xin, Zhibo Cong. Quantitative Analysis of Steels Using PLS with Three Data Reduction Methods Based on LIBS. Advanced Materials Research, 2014, 997: 578-582.

　　18. Bo Zhang, Lanxiang Sun*, Haibin Yu, Yong Xin and Zhibo Cong. Wavelet denoising method for Laser-induced breakdown spectroscopy, J. Anal. At. Spectrom. 2013,28, 1884-1893.

　　19. Bo Zhang, Haibin Yu, Lanxiang Sun*, Yong Xin, and Zhibo Cong. A Method for Resolving Overlapped Peaks in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), Applied Spectroscopy, 2013, 67(9): 1087-1097.

　　20. Lanxiang Sun*, Zhibo Cong, Yong Xin, et al. Reducing Quantitative Fluctuation of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy by Kalman Filtering, Applied Mechanics and Materials, 2013, 333-335: 243-247

　　21. 孙兰香, 于海斌等. 基于激光诱导击穿光谱的钢液成分在线监视, 中国激光, 2011, 38(9):0915002

　　22. 孙兰香, 于海斌等. 利用LIBS技术在线半定量分析液态钢成分, 仪器仪表学报, 2011, 32(11): 2602-2608

　　23. 孙兰香, 于海斌等. 激光诱导击穿光谱技术结合神经网络定量分析钢中的Mn和Si, 光学学报, 2010, 30(9): 2757-2765

　　24. 孙兰香, 于海斌等. 采用激光诱导击穿光谱技术测定合金钢中锰和硅的含量, 光谱学与光谱分析, 2010, 30(12): 3186-3190

　　25. Sun lanxiang, YU haibin. Automatic Estimation of Varying Continuum Background Emission in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2009,64(3):278-287

　　26. Sun lanxiang, YU haibin. Correction of self-absorption effect in calibration-free laser-induced breakdown spectroscopy by an internal reference method, Talanta,2009,79(2):388-395

　　27. 孙兰香, 于海斌等. 利用激光诱导击穿光谱对铝合金成分进行多元素同时定量分析, 光谱学与光谱分析, 2009, 29(12): 3375-3378

　　28. 孙兰香, 于海斌等. 激光诱导击穿光谱在物质成分定量分析方面的实验研究进展, 仪器仪表学报, 2008, 29(10): 2235-2240