一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法技术

本发明专利技术涉及一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法，通过比较一批样品中待测元素含量最高的边界样品在等离子体初期和末期的双线强度比值和理论强度比值来确定所选双线在等离子体辐射光谱采集期间内，是否能达到光学薄态并适用于SAF‑LIBS分析。通过本发明专利技术，能够在实际测量前快速地选择能达到光学薄态的待测元素双线，从而消除自吸收效应对定量分析的影响，获得更精确的定量分析结果。

A fast two wire selection method of self absorption immune laser-induced breakdown spectrum

【技术实现步骤摘要】
一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法
本专利技术涉及激光光谱分析与检测方法
，更具体地说，涉及一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法。
技术介绍
激光诱导击穿光谱(LIBS)可以通过分析激光诱导等离子体的光谱信息，对材料成分进行定性和定量的分析。当等离子体发射的辐射在穿过等离子体时没有明显吸收或散射的情况时，它可以被认为是光学薄态，但一般在高密度等离子体的情况下，存在向外发射的辐射被等离子体本身重新吸收的自吸收效应，这会降低辐射强度并拓宽谱线宽度，进而影响定量分析结果。因此，消除自吸收以获得准光学薄谱线对于LIBS的准确测量至关重要。自吸收免疫激光诱导击穿光谱(SAF-LIBS)技术，可以通过比较分析元素在特定跃迁波长处的双线强度比值和理论强度比值来确定最佳的采集延迟时间，直接获得准光学薄谱线，从而消除自吸收效应对定量分析结果的影响。然而，在对实际样品的定量分析中，由于待测元素不同的双线具有不同的最大可检测元素含量，因此如何快速选择合适的双线成为SAF-LIBS技术简便化应用的关键。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法，包括：(1)选定一组待测元素的上能级能量差及下能级能量差皆小于0.05eV的双线，将强度高的记为第一谱线，强度低的记为第二谱线，计算两条谱线处于光学薄态的理论积分强度比值C1；(2)以固定时间间隔为步长，对于一批待测样品中含量最高的边界样品在等离子体的演化初、末期，分别测定双线信噪比大于10的最小和最大光谱采集延迟时间ti和tf；(3)在ti和tf时刻，分别测定含量最高的边界样品等离子体的双线积分强度比值Ri和Rf；(4)若(C1-Ri)·(C1-Rf)﹤0，则该批样品的等离子体可达到准光学薄态，所选双线适用于对该批样品进行SAF-LIBS定量分析；若(C1-Ri)·(C1-Rf)﹥0，则该双线不适用于对该批样品进行SAF-LIBS定量分析，需另选其它双线。其中，处于光学薄态的双线理论积分强度比值通过以下公式计算：其中，是谱线处于光学薄态的理论积分强度，A是跃迁几率，g是上能级简并度，λ是谱线波长；标号1和2分别代表第一谱线和第二谱线。区别于现有技术，本专利技术提供的自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法通过比较待测元素含量最高的边界样品在等离子体初期和末期的双线强度比值和理论强度比值来确定所选双线在等离子体辐射光谱采集期间内，是否能达到光学薄态并适用于SAF-LIBS分析。通过本专利技术，能够在实际测量前快速地选择能达到光学薄态的待测元素双线，从而消除自吸收效应对定量分析的影响，获得更精确的定量分析结果。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术提供的一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法的流程示意图。图2是本专利技术提供的一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法中设置样品的双线积分强度比值随时间演化的示意图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图1所示，在本专利技术提供了一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法，该方法的步骤包括：(1)选定一组待测元素的上能级能量差及下能级能量差皆小于0.05eV的双线，将强度高的记为第一谱线，强度低的记为第二谱线，计算两条谱线处于光学薄态的理论积分强度比值C1；(2)以固定时间间隔为步长，对于一批待测样品中含量最高的边界样品在等离子体的演化初、末期，分别测定双线信噪比大于10的最小和最大光谱采集延迟时间ti和tf；(3)在ti和tf时刻，分别测定含量最高的边界样品等离子体的双线积分强度比值Ri和Rf；(4)若(C1-Ri)·(C1-Rf)﹤0，则该批样品的等离子体可达到准光学薄态，所选双线适用于对该批样品进行SAF-LIBS定量分析；若(C1-Ri)·(C1-Rf)﹥0，则该双线不适用于对该批样品进行SAF-LIBS定量分析，需另选其它双线。其中，处于光学薄态的双线理论积分强度比值通过以下公式计算：其中，是谱线处于光学薄态的理论积分强度，A是跃迁几率，g是上能级简并度，λ是谱线波长；标号1和2分别代表第一谱线和第二谱线。如图2所示，本专利技术以含Cu量为3％、9％、15％、30％和60％的样品所对应的CuI521.82nm和CuI515.32nm双线比值的时间演化为例。以KBr和CuO粉末混合压制而成的五个压片样品为例，对其中的Cu元素(其含Cu量分别为3％、9％、15％、30％和60％)进行定量分析。选择双线CuI521.82nm和CuI515.32nm，分别记为第一谱线和第二谱线，其谱线相应参数见表1：表1CuI谱线参数表结合表1的参数，计算这两条谱线处于光学薄态的理论积分强度比值为：选取含Cu量为60％的压片作为元素含量最高的边界样品，采集以50ns为步长，延迟时间从0～1000ns范围内的光谱，发现当延迟时间为200ns时，光谱中双线CuI521.82nm和CuI515.32nm的谱线信噪比皆大于10，记ti＝200ns，到850ns时，该谱线信噪比开始小于10，所以tf＝800ns。测定含Cu量为60％的边界样品等离子体在ti＝200ns和tf＝800ns时刻双线CuI521.82nm和CuI515.32nm的积分强度比值，分别为Ri＝1.63和Rf＝1.80；若选取含Cu量为30％的压片作为元素含量最高的边界样品，测定其在200ns和800ns时刻该双线的积分强度比值，分别为Ri＝1.65和Rf＝1.97。结果表明最大含Cu量为60％的边界样品计算所得(C1-Ri)·(C1-Rf)＝(1.85-1.63)·(1.85-1.80)>0，所以该Cu双线不适用于对最大含Cu量为60％的该批样品进行SAF-LIBS分析；对于最大含Cu量为30％的边界样品计算所得(C1-Ri)·(C1-Rf)＝(1.85-1.65)·(1.85-1.97)<0，所以对于最大含Cu量为30％的该批样品的等离子体均可达到准光学薄态，该双线适用于对该批样品进行SAF-LIBS定量分析。为了验证本专利技术所述谱线选择方法的正确性，以100ns为固定时间间隔，采集了五个不同含Cu量标准样品的CuI521.82nm和CuI515.32nm双线的积分强度比值在200-800ns内随时间的演化曲线，并与理论强度比值1.85作了比较(图2)，结果表明该双线对于含Cu量小于等于30％的样品确实能在等离子体辐射采集过程中达到准光学薄态，从而验证了该谱线选择方法的正确性。区别于现有技术，本专利技术提供的自吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法，其特征在于，包括步骤：/n（1）选定一组待测元素的上能级能量差及下能级能量差皆小于0.05 eV的双线，将强度高的记为第一谱线，强度低的记为第二谱线，计算两条谱线处于光学薄态的理论积分强度比值C

【技术特征摘要】
1.一种自吸收免疫激光诱导击穿光谱的双线快速选择方法，其特征在于，包括步骤：
（1）选定一组待测元素的上能级能量差及下能级能量差皆小于0.05eV的双线，将强度高的记为第一谱线，强度低的记为第二谱线，计算两条谱线处于光学薄态的理论积分强度比值C1；
（2）以固定时间间隔为步长，对于一批待测样品中含量最高的边界样品在等离子体的演化初、末期，分别测定双线信噪比大于10的最小和最大光谱采集延迟时间ti和tf；
（3）在ti和tf时刻，分别测定含量最高的边界样品等离子体的双线积分强度比值Ri和Rf；
（4）若(C1-Ri...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯佳佳，骆丁玲，张雷，尹王保，肖连团，贾锁堂，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14