侯宗余：“擊穿”LIBS定量分析難題

干思思

侯宗余

一束高能脈沖激光，聚焦，“啪”的一聲打在待檢測的樣品上。因為過高的瞬時功率和能量，樣品表面立馬出現(xiàn)燒灼，一小團(tuán)等離子體以“特征光譜”的形式被記錄下來，經(jīng)過分析、比對，待測物質(zhì)的本來面目就浮出水面。這就是清華大學(xué)能源與動力工程系熱能動力仿真與控制研究所助理研究員侯宗余開展的激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)（以下簡稱LIBS）研究。

定向和定量皆是難題

2008年，從清華大學(xué)熱能工程系畢業(yè)的侯宗余獲得直博資格，選方向成為擺在他眼前的一道難題。尋覓了一兩年，直到遇見LIBS。在侯宗余看來，這個技術(shù)從最初的原理研究到動手搭建試驗臺，乃至后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、模型檢測及實際應(yīng)用，都十分有意思。

21世紀(jì)，消沉多年的LIBS隨著高精尖儀器的突飛猛進(jìn)，重新站在了探測研究的風(fēng)口。這時候，定量分析可以做到，但受制于可重復(fù)性差、準(zhǔn)確性低兩大難題，依舊不容易。

侯宗余博士畢業(yè)后在國電科學(xué)技術(shù)研究院、清華大學(xué)精密儀器系和能源與動力工程系對此開展攻關(guān)任務(wù)，瞄準(zhǔn)定量化這塊硬骨頭，從等離子體產(chǎn)生、演化，模型算法和儀器等多角度入手鉆研。功夫不負(fù)有心人。在準(zhǔn)確性機(jī)理方面，他揭示了光譜信號不確定性產(chǎn)生的機(jī)理，并發(fā)明了空間約束、光束整形等一系列等離子體調(diào)制技術(shù)，使得LIBS信號可重復(fù)性提高2倍以上；面向算法、模型的優(yōu)化，他建立了基于等離子體物理規(guī)律和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的LIBS定量分析模型，發(fā)明了基體匹配算法等，使得LIBS測量精度提高3倍以上；研發(fā)的相關(guān)儀器，安全可靠，為煤炭、冶金、水泥等流程工業(yè)的智能化發(fā)展提供了“火眼金睛”。這些成果得益于基礎(chǔ)研究與技術(shù)應(yīng)用的兩手抓，為LIBS大規(guī)模商業(yè)化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

把技術(shù)落到實處

近幾年，侯宗余發(fā)明的專利與項目團(tuán)隊的其他10余項專利，以許可或轉(zhuǎn)讓方式通過美國TSI公司、國電科學(xué)技術(shù)研究院等國內(nèi)外多個公司獲得轉(zhuǎn)化。這是領(lǐng)域內(nèi)第一次實現(xiàn)向發(fā)達(dá)國家領(lǐng)頭企業(yè)輸出專業(yè)技術(shù)，是中國技術(shù)走進(jìn)國際視野的縮影。從引進(jìn)受限于人，到輸出創(chuàng)造效益、制定規(guī)則，背后是侯宗余和團(tuán)隊數(shù)十年來的心血。他們懷揣一顆為能源事業(yè)服務(wù)的熱心，在煤炭、金屬、水泥分析的離線樣機(jī)或在線系統(tǒng)方面持續(xù)推進(jìn)。

讓研究不斷取得階段性突破，產(chǎn)生社會、經(jīng)濟(jì)價值，侯宗余不敢獨自居功，稱團(tuán)隊間的默契配合是科學(xué)研究發(fā)展的重要一環(huán)。在介紹隊伍時，他表示，在負(fù)責(zé)人王哲教授的領(lǐng)導(dǎo)下，隊內(nèi)分工明確，碩、博生組成了一個面向理論研究的前期小團(tuán)隊，工程師們則構(gòu)成了技術(shù)、產(chǎn)品的后期應(yīng)用小團(tuán)隊。從小到大，小環(huán)節(jié)分別占據(jù)領(lǐng)域全鏈條的一部分，全方位服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

除了“一條龍”的發(fā)展模式，侯宗余還指出，做研究要與不同的人去交流，才有可能利用學(xué)科交叉碰撞出新火花?！坝写胃鷮?dǎo)師去開會，跟做激光的人聊天，突然就想到我們?yōu)槭裁促I了激光器就直接用，而不研究一下光束形狀對測量有沒有影響呢？”這種思維的碰撞，讓侯宗余產(chǎn)生興趣，輔助數(shù)據(jù)、實驗等驗證，也幫他贏得了國家自然科學(xué)基金委的支持。

把技術(shù)落到實處，真正讓它在生產(chǎn)生活中起到作用。這是侯宗余對自身工作發(fā)展的定位和愿景。同時，他也清楚地知道，開疆?dāng)U土不急于一時，一步步走扎實，總能等到化學(xué)分析“巨星”的升起。