2022年9月27日，西北农林科技大学机电学院余克强副教授的研究成果《Collinear double-pulse laser-induced breakdown spectroscopy based Cd profiling in the soil》发表于国际光学类TOP期刊Optics Express（中科院二区top）。西北农林科技大学机电学院为第一单位，硕士研究生任杰为论文第一作者，余克强副教授为通讯作者。
镉（Cd）元素可以在土壤中迁移，并且很容易被作物吸收。谷物中积累的镉通过抑制肾脏系统的功能对人类健康构成巨大威胁。激光诱导击穿光谱分析技术（LIBS）是一种新兴的原子发射光谱技术，对比传统元素检测技术，LIBS 技术具有样品预处理简单、微损、原位、快速且可以多种元素同时分析等优点。该技术主要利用高功率密度的激光与物质相互作用产生瞬态等离子体，并采用光学系统对等离子体中的原子和离子发射光谱进行收集，通过分析光谱信息实现对物质化学元素的定性或定量分析。本研究发展了激光诱导击穿光谱（LIBS）及其共轴光路增强技术与多元化学计量学相结合的方法，以垂直深度序列分析土壤中的镉含量。采用偏最小二乘回归（PLSR）、遗传算法（GA）优化的反向传播人工神经网络（BP-ANN）和粒子群优化（PSO）优化的最小二乘支持向量机（LS-SVM）、中值绝对偏差（MAD）、多次散射校正（MSC）、小波变换（WT）、谱平均和标准化对LIBS光谱进行数据挖掘。结果表明：土壤镉含量与土壤深度的倒数呈显著正相关。然而，镉元素主要集中在0-20cm的土壤中，很少淋溶到45cm以下的土壤中。该工作为土壤重金属污染的防控和修复提供了理论指导。
图1 本研究的基本流程及土壤Cd含量纵向分布结果
研究工作得到了陕西省自然科学基金、国家自然科学基金（青年基金）以及农业农村部农业物联网重点实验室的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1364/OE.471563