近日，電智學院何小勇博士指導本科生開展澳门金莎，取得了系列研究成果，2名本科生在高水平期刊先後發表了共2篇學術論文。這是近年來學院在高水平理工科大學建設的背景下，推進本科生人才培養模式的探索與創新實踐中獲得的重要成果。

成果一：基于fs LA-SIBS技術中單标樣和多譜線定标的定量分析方法

激光誘導擊穿光譜技術（LIBS）因其快速、原位、遠程等特性已被廣泛應用于工業、農業、生物醫藥、環保和能源等領域，但定量分析一直是LIBS技術發展的短闆，需要大量标準樣品建模限制了LIBS技術的原位和現場應用，也削弱了LIBS技術快速檢測的優勢。針對這一問題，何小勇博士指導學生，針對LIBS快速定量分析展開研究，提出了一種飛秒激光剝離-火花誘導擊穿光譜結合單标樣和多譜線定标快速定量分析方法。該研究成果以學術論文"Application of quantitative analysis for aluminum alloy in femtosecond laser-ablation spark-induced breakdown spectroscopy using one-point and multi-line calibration"發表在Elsevier出版集團旗下的期刊《Analytica Chimica Acta》（影響因子：6.911，中科院1區Top期刊）上。該文第一作者李嘉樂為電智學院光電信息科學與工程專業大四本科生，何小勇博士為通訊作者。

該文章研究了将飛秒激光剝離-火花誘導擊穿光譜技術（femtosecond laser-ablation spark-induced breakdown spectroscopy，fs-LA-SIBS）與單标樣和多譜線定标方法（One-point and multi-line calibration，OP-MLC）相結合，對鋁合金樣品中微量元素定量分析的可行性。該方法隻需一個标準樣品即可對未知樣品元素進行定量分析，它利用未知樣品與标準樣品中分析元素的多條特征譜線強度獲得線性拟合斜率，利用該斜率值和标準樣品元素含量值就可計算出未知樣品元素含量。該研究實現了對鋁合金中的微量元素Mg、Cr、Cu、Mn和Zn的定量分析，對此方法進行了驗證。結果如圖1和圖2所示，該方法可實現低含量元素的精準定量分析，無需對所含元素含量的歸一化處理，不同元素分析結果互不影響；對5個鋁合金測試樣品中痕量元素Mg、Cr、Cu、Mn和Zn的定量分析平均相對誤差分别為6.4、28.1、21.9、19.0和20.0%。該方法為fs LA-SIBS技術進行快速定量分析提供了便捷的方法。（文章鍊接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003267022011849?via%3Dihub）

圖1. 未知樣品和标準樣品中分析元素歸一化譜線強度關系：(a) Mg；(b) Cr；(c) Cu；(d) Mn；(e) Zn.

圖2. 在fs LA-SIBS中采用OP-MLC方法對Mg、Cr、Cu、Mn和Zn元素含量的預測結果與标定值的比較。虛線表示探測含量和标定含量的理想關系。

成果二：基于fs-LIBS技術提高金屬合金中元素檢測精度的光譜濾波方法

為了提高鋁合金中Mg、Cu、Mn、Cr元素的檢測精度，何小勇博士指導學生基于fs-LIBS的光譜濾波方法開展研究。通過研究兩種優化光譜數據的降噪函數，包括中值濾波算法（MF）和Savitzky-Golay濾波法（SG），與原始數據做了三者對比實驗。對比計算不同降噪方法 LIBS 數據的相關系數（R²）和元素的檢出限（LOD）表明，提出的降噪算法具有優勢，既保證了噪聲的完全扣除，又保留了光譜中某些較弱的細節特征。如圖3所示，采用MF算法R²最低達到0.990以上，SG算法R²最低能達到0.977。在中值濾波算法中獲得的LOD比原數據的LOD改善了1.4-5.2倍，而在Savitzky-Golay濾波法中獲得的LOD比原數據的LOD改善了1.2-2.5倍。通過預處理後的譜線不同程度的提高了拟合度，表明所采用的預處理算法可以明顯提高金屬元素含量的檢測精度。因此，該文的工作在 LIBS 數據降噪中具有優勢，在物質含量低、特征光譜弱時的信号去噪中具有較好的應用前景。該研究成果以學術論文"Spectral filtering method for improvement of detection accuracy of Mg, Cu, Mn and Cr elements in aluminum alloys using femtosecond LIBS"發表在英國皇家化學學會Royal Society of Chemistry旗下的《RSC Advances》（影響因子：4.036，中科院3區期刊）上。該文第一作者姚傑奇是一名中共黨員，為電智學院光電信息科學與工程專業大四本科生，何小勇博士為通訊作者。

（文章鍊接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/RA/D2RA05792A）

圖3. fs-LIBS技術中MF校正和SG校正方法得到的鋁合金中Mg、Cu、Mn和Cr元素的标定曲線。 (a) Mg I 285.21 nm，(b) Cu l 324.75 nm，(c) Mn I 403.44 nm，和 (d) Cr I 428.97 nm。

學院光電信息科學與工程專業今年已有3名本科生在高水平期刊發表成果。一直以來我院積極響應學校“卓越工程師教育培養計劃”，探索在新工科背景下培養“卓越工程師”的複合型人才，組織選拔學生加入到學院各科研團隊中，鼓勵學生在擔當使命中把握主動、在服務需求中體現價值、在攻堅克難中追求卓越。學院将繼續為學生科研創新能力培養保駕護航，搭建學科平台，打造學生科研能力培養的立體化培養體系，助力人才培養質量提升。

（撰稿：何小勇；一審：車夢瑤；二審：劉晔；三審：胡耀華）