一种基于单标样定标的激光诱导击穿光谱定量分析方法技术

本发明专利技术属于材料成分检测领域，并具体公开了一种基于单标样定标的激光诱导击穿光谱定量分析方法，其包括如下步骤：利用激光诱导击穿光谱技术分别对标准样品和待测样品进行检测，得到标准样品及待测样品各元素的光谱强度；根据各元素光谱强度与元素含量的关系得到同一样品中两种元素的光谱强度之比；根据待测样品和标准样品中相同两元素的光谱强度比得到待测样品的元素含量关于标准样品的光谱强度及元素含量的关系式；对得到的关系式进行求和归一化得到待测样品的元素含量表达式，根据该表达式即可求得待测元素的含量，以此完成待测样品的定量分析。本发明专利技术适用于主量元素的定量检测，具有处理过程简单、检测精度高的特点。

A Quantitative Analysis Method of Laser Induced Breakdown Spectrum Based on Single-sample Calibration

The invention belongs to the field of material composition detection, and specifically discloses a quantitative analysis method of laser-induced breakdown spectroscopy based on single calibration sample, which includes the following steps: using laser-induced breakdown spectroscopy technology to detect the standard sample and the sample to be tested respectively, obtaining the spectral intensity of each element of the standard sample and the sample to be tested; and according to the spectral intensity and element content of each element. The relationship between the spectral intensity of two elements in the same sample is obtained; the relationship between the element content of the sample to be measured and the spectral intensity and the element content of the standard sample is obtained according to the spectral intensity ratio of the same two elements in the sample to be measured; the expression of the element content of the sample to be measured is obtained by summing up and normalizing the obtained relationship. The content of the elements to be measured is used to complete the quantitative analysis of the samples to be measured. The present invention is suitable for quantitative detection of major elements, and has the characteristics of simple processing process and high detection accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于单标样定标的激光诱导击穿光谱定量分析方法
本专利技术属于材料成分检测领域，更具体地，涉及一种基于单标样定标的激光诱导击穿光谱定量分析方法。
技术介绍
作为一种元素检测分析的新技术，激光诱导击穿光谱技术(Laser-inducedBreakdownSpectroscopy,LIBS)具有快速、实时在线、无需对样品预处理、能同时测量多种元素等优点。目前，LIBS已经被广泛应用于工业、农业、环境科学、生物医学、考古等许多检测领域。在定量分析中，LIBS的定标方法决定了检测精度。多点定标法目前在LIBS定量分析中使用最广泛，尽管其能精准检测微量、痕量元素，但是却不适用于主量元素(1-100wt.％)。且多点定标法需要一系列基体匹配的标准样品，而在太空探索、考古等领域，标样很难获得。因此，CF-LIBS(也称无标样定标方法)被A.Ciucci等人在1999年提出，无需标准样品即可定量分析。CF-LIBS通过等离子体模拟进而计算元素含量，避免了基体效应。但是，它有两点不足，一是需要全元素归一化，二是特别依赖温度计算，温度系数不好确定，受自吸收影响严重。显然，尽管CF-LIBS具有无需标样的优势，但这两点不足严重影响了定量分析的精度，限制了CF-LIBS的推广。因此，为了兼顾定量分析的精确性和简便性，寻找一种单标样或少标样定标的方法成为了当下的研究重点之一。文献“CavalcantiGH,TeixeiraDV,LegnaioliS,etal.One-pointcalibrationforcalibration-freelaser-inducedbreakdownspectroscopyquantitativeanalysis[J].SpectrochimicaActaPartB:AtomicSpectroscopy,2013,87:51-56.”(公开日期2013年5月21日)公开了一种通过单个已知成分的标样经验测定关键实验参数的方法。文献“GaudiusoR,Dell’AglioM,DePascaleO,etal.Laser-inducedbreakdownspectroscopyofarchaeologicalfindingswithcalibration-freeinversemethod:Comparisonwithclassicallaser-inducedbreakdownspectroscopyandconventionaltechniques[J].Analyticachimicaacta,2014,813:15-24.”(公开日期2014年1月15日)公开了一种反转自由定标过程的方法，该方法也是使用一个标样进行定量分析。文献“AragónC,AguileraJA.Quantitativeanalysisbylaser-inducedbreakdownspectroscopybasedongeneralizedcurvesofgrowth[J].SpectrochimicaActaPartB:AtomicSpectroscopy,2015,110:124-133.”(公开日期2015年6月19日)公开了Cσ-LIBS，使用至少一个标样绘制出成长曲线图，进而对其他样品进行分析。以上三种方法定量分析的精度相较于CF-LIBS，均有所改善。但是在主量元素的检测上，在高于80wt.％的含量范围能获得较高的精度，而其他区间的精度却仍然不令人满意。另外，这三种方法均基于自由定标的框架，计算过程繁杂，且由于不可避免的等离子体波动，分析性能会受到影响。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于单标样定标的激光诱导击穿光谱定量分析方法，其目的在于降低目前单标样定标法处理过程的复杂度，同时提高对主量元素的定量分析精度，打破LIBS不能对主量元素精确分析的局限，适用于样品主量元素的定量检测，具有处理过程简单、检测精度高的特点。为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于单标样定标的激光诱导击穿光谱定量分析方法，其包括如下步骤：S1利用激光诱导击穿光谱技术分别对用于定标的标准样品和待测样品进行检测，得到标准样品及待测样品各个元素的光谱强度；S2根据各元素光谱强度与元素含量的关系得到同一样品中两种元素的光谱强度之比；S3根据待测样品和标准样品中相同两元素的光谱强度比得到待测样品的元素含量关于标准样品的光谱强度及元素含量的关系式；S4对步骤S3得到的关系式进行求和归一化得到只与待测样品所有元素光谱强度、标准样品所有元素光谱强度及元素含量有关的待测样品的元素含量表达式，根据该表达式即可求得待测元素的含量，以此完成待测样品的定量分析。作为进一步优选的，步骤S2中同一样品中两种元素的光谱强度之比采用如下公式计算：其中，Ijs、Iis分别为标准样品s第j、i元素的光谱强度，xjs、xis分别为标准样品s第j、i元素的含量，aj、ai分别为常数。作为进一步优选的，步骤S3中待测样品的元素含量关于标准样品的光谱强度及元素含量的关系式具体为：其中，Ijt、Iit分别为待测样品t第j、i元素的光谱强度，xjt、xit分别为待测样品t第j、i元素的待测含量。作为进一步优选的，步骤S4中的待测样品的元素含量表达式具体为：作为进一步优选的，标准样品具体为元素含量已知，元素种类不少于待测样品，且与待测样品基体匹配的样品。作为进一步优选的，待测样品优选为黄铜样品、微合金钢样品、镍基合金样品。本专利技术利用激光诱导击穿光谱技术得到待测样品和标准样品的LIBS光谱，然后进行数学推导得到待测元素的表达式，根据已知标样的含量以及实验测得的待测样品和标样的光谱强度就可代入公式计算出待测元素含量，本专利技术所提出的以上技术方案与现有技术相比，具备以下的技术优点：1.本专利技术针对传统LIBS定标需要大量标样的问题，提出仅仅使用一个标样定标其他待测样品的分析手段，推广了LIBS在太空探索、考古等少标样领域的应用。2.本专利技术不同于现有的单标样定标方法，并非基于CF-LIBS的框架，不受不可避免的等离子体波动影响，主量元素的分析性能得到改善。3.本专利技术方法计算过程更加简便，打破了LIBS不能对主量元素精确分析的局限，能进一步促进LIBS的应用。附图说明图1是本专利技术的基于单标样定标的激光诱导击穿光谱定量分析方法的流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术提供的单标样法是利用LIBS测得待测样品和所选定的单个标准样品的光谱，然后将待测样品与标准样品中元素光谱强度相比，得到光谱强度与元素含量的关系式，再对待测样品中所有元素含量进行求和归一化，最后得到由待测样品所有元素光谱强度、标准样品所有元素光谱强度和含量决定的待测元素的表达式。上述单个标准样品是指元素含量已知，元素种类不少于待测样品，且与待测样品基体匹配的样品。具体的，该方法包括如下步骤：S1利用激光诱导击穿光谱技术(LIBS)分别对用于定标的标准样品和待测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单标样定标的激光诱导击穿光谱定量分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1 利用激光诱导击穿光谱技术分别对用于定标的标准样品和待测样品进行检测，得到标准样品及待测样品各个元素的光谱强度；S2 根据各元素光谱强度与元素含量的关系得到同一样品中两种元素的光谱强度比；S3 根据待测样品和标准样品中相同两元素的光谱强度比得到待测样品的元素含量关于标准样品的光谱强度及元素含量的关系式；S4 对步骤S3得到的关系式进行求和归一化得到只与待测样品所有元素光谱强度、标准样品所有元素光谱强度及元素含量有关的待测样品的元素含量表达式，根据该表达式即可求得待测元素的含量，以此完成待测样品的定量分析。

【技术特征摘要】
1.一种基于单标样定标的激光诱导击穿光谱定量分析方法，其特征在于，包括如下步骤：S1利用激光诱导击穿光谱技术分别对用于定标的标准样品和待测样品进行检测，得到标准样品及待测样品各个元素的光谱强度；S2根据各元素光谱强度与元素含量的关系得到同一样品中两种元素的光谱强度比；S3根据待测样品和标准样品中相同两元素的光谱强度比得到待测样品的元素含量关于标准样品的光谱强度及元素含量的关系式；S4对步骤S3得到的关系式进行求和归一化得到只与待测样品所有元素光谱强度、标准样品所有元素光谱强度及元素含量有关的待测样品的元素含量表达式，根据该表达式即可求得待测元素的含量，以此完成待测样品的定量分析。2.如权利要求1所述的基于单标样定标的激光诱导击穿光谱定量分析方法，其特征在于，步骤S2中同一样品中两种元素的光谱强度之比采用如下公式计算：其中，Ijs、Iis分别为标准样品s第j、i元素的光谱强度，x...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭连波，袁锐，唐云，余云新，马世祥，褚燕武，马浴阳，曾晓雁，陆永枫，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42