專利名稱：簡化的激光誘導(dǎo)等離子體光譜標準化的元素測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種元素測量方法。具體來說，方法的基本原理是激光誘導(dǎo)等離子光譜技術(shù)(LIBS)，并使用了簡化的光譜標準化法對測量樣品進行在線快速的定量分析。
背景技術(shù)：
近年來，激光誘導(dǎo)等離子光譜技術(shù)(簡稱LIBS)由于具有高靈敏度、無需樣品預(yù)處理和實現(xiàn)多元素測量等優(yōu)點，成為一種新的元素分析技術(shù)。可是由于該技術(shù)重復(fù)精度低，測量物質(zhì)元素成分時精度不高，限制了該技術(shù)在元素測量中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前的激光誘導(dǎo)等離子光譜技術(shù)重復(fù)精度低，直接測量物質(zhì)成分時精度不高的缺點，提供一種基于簡化的光譜標準化的元素測量方法，可在激光誘導(dǎo)等離子光譜系統(tǒng)上運用，以解決該技術(shù)重復(fù)精度低、測量準確度不高的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是簡化的激光誘導(dǎo)等離子體光譜標準化的元素測量方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)對于各元素濃度已知的一個定標樣品，在保護氣體氛圍中利用激光誘導(dǎo)等離子體測量系統(tǒng)對樣品表面的不同位置進行檢測，每個位置得到一幅包含各個元素原子和離子特征譜線的光譜；2)選取符合洛倫茲線型的待測元素的原子和離子特征譜線，求原子和離子特征譜線強度和It^ ；選取兩條原子特征譜線，分別編號1和2，計算，其中I1代表特征譜線
1I
1的強度，I2代表特征譜線2的強度；求得特征譜線半高寬W ；3)對于一組各元素濃度已知的不同的定標樣品，每個樣品重復(fù)步驟1)和幻，然后求取所有不同的定標樣品的所有次測量的的平均值作為標準值，特征譜線半
1I』1
高寬W的平均值作為特征譜線半高寬標準值Wtl ；4)建立待測元素的定標曲線方程；a.對于待測元素的原子特征譜線，以待測元素濃度C為目標，以待測元素原子特征譜線強度ρ原子和離子特征譜線強度和IT,『OMl)-11^.^；^和(W-Wtl)C為變量，進行
1V、1I1I
多元線性回歸，得到定標曲線方程C = G1I1 + a2IT ,0 +a3 Qn(^r)- Μ ν )o )C + αΜ~ Wo )c + a5⑴
h h其中，上標I和II分別代表所測元素S的原子和離子，下標i和j分別表示上能級和下能級；I為的待測與元素的特征譜線的強度P1，a2, a3, a4, 為回歸系數(shù)；
公式⑴變形，得，
權(quán)利要求
1.簡化的激光誘導(dǎo)等離子體光譜標準化的元素測量方法，其特征在于該方法包括如下步驟1)對于各元素濃度已知的一個定標樣品，在保護氣體氛圍中利用激光誘導(dǎo)等離子體測量系統(tǒng)對樣品表面的不同位置進行檢測，每個位置得到一幅包含各個元素原子和離子特征譜線的光譜；2)選取符合洛倫茲線型的待測元素的原子和離子特征譜線，求待測元素原子特征譜線強度4，其中I為的特征譜線的強度，上標I代表待測元素的原子，下標i和j分別表示上能級和下能級、待測元素離子特征譜線強度/f ，其中上標II代表待測元素的離子，下標m和η 分別表示上能級和下能級、待測元素得原子和離子特征譜線強度和Iu ；選取兩條原子特征譜線，分別編號1和2，計算，其中I1代表特征譜線1的強度，I2代表特征譜線2的強 度；求得特征譜線半高寬W;3)對于一組各元素濃度已知的不同的定標樣品，每個樣品重復(fù)步驟1)和幻，然后求取所有不同的定標樣品的所有次測量的1的平均值作為標準值ln(+)。，特征譜線半高寬W1I』1的平均值作為特征譜線半高寬標準值Wtl ；4)建立待測元素的定標曲線方程；a.對于待測元素的原子特征譜線，以待測元素濃度C為目標，以待測元素原子特征譜線強度ρ原子和離子特征譜線強度和IT,『OMl)-11^.)。；^和(W-Wtl)C為變量，進行多元 線性回歸，得到定標曲線方程 其中a2, a3，a4, a5為回歸系數(shù)； 公式⑴變形，得，C _a\!ij + a2^T,0 + a5(II)l-a3(ln(^)-ln(^)0)-a4(W-W0)A Ab.對于待測元素的離子特征譜線，以待測元素濃度C為目標，以I:，It, ,11(.)-111(^ ;^和(W-Wtl)C為變量，進行多元線性回歸，得到定標曲線方程C = b/i+b2Ir,0+b3(]n(f)-H^)0)C + b4(W-W0)C + b5(III)公式(III)變形，得，c =_bI1L+bI1TXJ+bS__(IV)其中1^，132，133，134，135為回歸系數(shù)；5)待測元素濃度預(yù)測；對于待測樣品，按照步驟1)所述方法進行檢測，每個位置得到一幅包含各個元素原子和離子特征譜線的光譜；選取符合洛倫茲線型的待測元素的原子和離子特征譜線，求待測元素的原子特征譜線強度 <、待測元素的離子特征譜線強度/f 、待測元素的原子和離子特征譜線強度和Iu ；計算ln(+)；利用洛倫茲線型擬合計算特征譜線半高寬W ；a.對于待測元素的原子特征譜線，把IT,<^Pln(|)，代入定標曲線方程(II)求得待1V、1I測元素的濃度C;b.對于待測元素的離子特征譜線，把ρIu和1n(+)，代入定標曲線方程(IV)求得待 測元素的濃度C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡化的激光誘導(dǎo)等離子體光譜標準化的元素測量方法，其特征還在于步驟1)中所述的保護氣體包括空氣、N2、(X)2或惰性氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡化的激光誘導(dǎo)等離子體光譜標準化的元素測量方法，其特征還在于步驟2)中所述的“選取兩條原子特征譜線”，是選取待測元素的特征譜線中的兩條原子特征譜線或選取被測元素的兩條離子特征譜線或選取被測元素以外的其他元素的兩條原子或者兩條離子特征譜線；步驟2)中所述的“求得特征譜線半高寬W”中的“特征譜線”是選取656. 27nm的Ha特征譜線或其他元素的離子特征譜線或其他元素的原子特征譜線。
全文摘要
簡化的激光誘導(dǎo)等離子體光譜標準化的元素測量方法，可用于激光誘導(dǎo)等離子光譜原理的元素濃度檢測。該方法利用多條待測元素特征譜線強度和表征待測元素總粒子數(shù)，利用特征譜線強度比的對數(shù)表征溫度，利用譜線半高寬表征電子密度，然后利用其波動表征等離子體物理參數(shù)的波動，最后建立了反映元素濃度與特征譜線強度以及表征元素粒子數(shù)，溫度和電子密度波動的量之間關(guān)系的定標模型。對于未知成分的樣品進行測量時，根據(jù)定標模型可得到待測元素濃度。由于該定標模型考慮了燒蝕質(zhì)量，等離子體溫度和電子密度對測量信號影響，補償了由于等離子物理參數(shù)的波動造成的光譜強度的波動，測量精度得到很大提高。
文檔編號G01N21/63GK102410992SQ20111021816
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者侯宗余, 李政, 李立志, 王哲, 袁廷璧 申請人:清華大學(xué)