专利名称：简化的激光诱导等离子体光谱标准化的元素测量方法
技术领域：
本发明涉及一种元素测量方法。具体来说，方法的基本原理是激光诱导等离子光谱技术(LIBS)，并使用了简化的光谱标准化法对测量样品进行在线快速的定量分析。
背景技术：
近年来，激光诱导等离子光谱技术(简称LIBS)由于具有高灵敏度、无需样品预处理和实现多元素测量等优点，成为一种新的元素分析技术。可是由于该技术重复精度低，测量物质元素成分时精度不高，限制了该技术在元素测量中的应用。
发明内容
本发明的目的是针对目前的激光诱导等离子光谱技术重复精度低，直接测量物质成分时精度不高的缺点，提供一种基于简化的光谱标准化的元素测量方法，可在激光诱导等离子光谱系统上运用，以解决该技术重复精度低、测量准确度不高的问题。本发明的技术方案是简化的激光诱导等离子体光谱标准化的元素测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)对于各元素浓度已知的一个定标样品，在保护气体氛围中利用激光诱导等离子体测量系统对样品表面的不同位置进行检测，每个位置得到一幅包含各个元素原子和离子特征谱线的光谱；2)选取符合洛伦兹线型的待测元素的原子和离子特征谱线，求原子和离子特征谱线强度和It^ ；选取两条原子特征谱线，分别编号1和2，计算，其中I1代表特征谱线
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1的强度，I2代表特征谱线2的强度；求得特征谱线半高宽W ；3)对于一组各元素浓度已知的不同的定标样品，每个样品重复步骤1)和幻，然后求取所有不同的定标样品的所有次测量的的平均值作为标准值，特征谱线半
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高宽W的平均值作为特征谱线半高宽标准值Wtl ；4)建立待测元素的定标曲线方程；a.对于待测元素的原子特征谱线，以待测元素浓度C为目标，以待测元素原子特征谱线强度ρ原子和离子特征谱线强度和IT,『OMl)-11^.^；^和(W-Wtl)C为变量，进行
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多元线性回归，得到定标曲线方程C = G1I1 + a2IT ,0 +a3 Qn(^r)- Μ ν )o )C + αΜ~ Wo )c + a5⑴
h h其中，上标I和II分别代表所测元素S的原子和离子，下标i和j分别表示上能级和下能级；I为的待测与元素的特征谱线的强度P1，a2, a3, a4, 为回归系数；
公式⑴变形，得，
权利要求
1.简化的激光诱导等离子体光谱标准化的元素测量方法，其特征在于该方法包括如下步骤1)对于各元素浓度已知的一个定标样品，在保护气体氛围中利用激光诱导等离子体测量系统对样品表面的不同位置进行检测，每个位置得到一幅包含各个元素原子和离子特征谱线的光谱；2)选取符合洛伦兹线型的待测元素的原子和离子特征谱线，求待测元素原子特征谱线强度4，其中I为的特征谱线的强度，上标I代表待测元素的原子，下标i和j分别表示上能级和下能级、待测元素离子特征谱线强度/f ，其中上标II代表待测元素的离子，下标m和η 分别表示上能级和下能级、待测元素得原子和离子特征谱线强度和Iu ；选取两条原子特征谱线，分别编号1和2，计算，其中I1代表特征谱线1的强度，I2代表特征谱线2的强 度；求得特征谱线半高宽W;3)对于一组各元素浓度已知的不同的定标样品，每个样品重复步骤1)和幻，然后求取所有不同的定标样品的所有次测量的1的平均值作为标准值ln(+)。，特征谱线半高宽W1I』1的平均值作为特征谱线半高宽标准值Wtl ；4)建立待测元素的定标曲线方程；a.对于待测元素的原子特征谱线，以待测元素浓度C为目标，以待测元素原子特征谱线强度ρ原子和离子特征谱线强度和IT,『OMl)-11^.)。；^和(W-Wtl)C为变量，进行多元 线性回归，得到定标曲线方程 其中a2, a3，a4, a5为回归系数； 公式⑴变形，得，C _a\!ij + a2^T,0 + a5(II)l-a3(ln(^)-ln(^)0)-a4(W-W0)A Ab.对于待测元素的离子特征谱线，以待测元素浓度C为目标，以I:，It, ,11(.)-111(^ ;^和(W-Wtl)C为变量，进行多元线性回归，得到定标曲线方程C = b/i+b2Ir,0+b3(]n(f)-H^)0)C + b4(W-W0)C + b5(III)公式(III)变形，得，c =_bI1L+bI1TXJ+bS__(IV)其中1^，132，133，134，135为回归系数；5)待测元素浓度预测；对于待测样品，按照步骤1)所述方法进行检测，每个位置得到一幅包含各个元素原子和离子特征谱线的光谱；选取符合洛伦兹线型的待测元素的原子和离子特征谱线，求待测元素的原子特征谱线强度 <、待测元素的离子特征谱线强度/f 、待测元素的原子和离子特征谱线强度和Iu ；计算ln(+)；利用洛伦兹线型拟合计算特征谱线半高宽W ；a.对于待测元素的原子特征谱线，把IT,<^Pln(|)，代入定标曲线方程(II)求得待1V、1I测元素的浓度C;b.对于待测元素的离子特征谱线，把ρIu和1n(+)，代入定标曲线方程(IV)求得待 测元素的浓度C。
2.根据权利要求1所述的简化的激光诱导等离子体光谱标准化的元素测量方法，其特征还在于步骤1)中所述的保护气体包括空气、N2、(X)2或惰性气体。
3.根据权利要求1所述的简化的激光诱导等离子体光谱标准化的元素测量方法，其特征还在于步骤2)中所述的“选取两条原子特征谱线”，是选取待测元素的特征谱线中的两条原子特征谱线或选取被测元素的两条离子特征谱线或选取被测元素以外的其他元素的两条原子或者两条离子特征谱线；步骤2)中所述的“求得特征谱线半高宽W”中的“特征谱线”是选取656. 27nm的Ha特征谱线或其他元素的离子特征谱线或其他元素的原子特征谱线。
全文摘要
简化的激光诱导等离子体光谱标准化的元素测量方法，可用于激光诱导等离子光谱原理的元素浓度检测。该方法利用多条待测元素特征谱线强度和表征待测元素总粒子数，利用特征谱线强度比的对数表征温度，利用谱线半高宽表征电子密度，然后利用其波动表征等离子体物理参数的波动，最后建立了反映元素浓度与特征谱线强度以及表征元素粒子数，温度和电子密度波动的量之间关系的定标模型。对于未知成分的样品进行测量时，根据定标模型可得到待测元素浓度。由于该定标模型考虑了烧蚀质量，等离子体温度和电子密度对测量信号影响，补偿了由于等离子物理参数的波动造成的光谱强度的波动，测量精度得到很大提高。
文档编号G01N21/63GK102410992SQ20111021816
公开日2012年4月11日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者侯宗余, 李政, 李立志, 王哲, 袁廷璧 申请人:清华大学