一种基于激光诱导击穿光谱的元素定量分析方法技术

本发明专利技术涉及激光诱导击穿光谱技术领域，尤其是指一种基于激光诱导击穿光谱的元素定量分析方法，其包括以下步骤：输入需要绘制Saha

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光诱导击穿光谱的元素定量分析方法


[0001]本专利技术涉及激光诱导击穿光谱
，尤其是指一种基于激光诱导击穿光谱的元素定量分析方法。

技术介绍

[0002]激光诱导击穿光谱(LIBS)技术常被用来进行固体样品的元素分析，是一直处于分析科学领域前沿的研究课题。LIBS技术具有无需复杂的样品准备过程、分析速度快、可实时在线或远程分析以及可以分析任何形态样品、任何元素的优点，因而在包括材料科学、生物医药、农业、环境科学、考古学、空间探测等领域均获得了广泛的应用。1999年，Ciucci等人提出自由定标激光诱导击穿光谱(CF
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LIBS)技术，该技术利用检测到的元素原子光谱，实现了对单个样品的元素定量分析。随后在2007年，Tognoni等人改进了CF
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LIBS技术，在原有的基础上增加使用了元素的离子光谱，极大的提高了分析的准确性。至此，CF
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LIBS技术开始被广泛应用。但由于处理样品的光谱是一件极其繁杂的事情，涉及大量的运算，从头到尾由人工计算需要耗费大量的时间，且随着识别元素种类的增加，计算量也会成倍增加，发生错误的概率也会大大提高。

技术实现思路

[0003]本专利技术针对现有技术的问题提供一种基于激光诱导击穿光谱的元素定量分析方法，设计巧妙，本专利技术包含了分析光谱所需要的所有流程，极大的提高了工作效率；读取光谱，去除背景噪声，校准光谱强度，寻找峰值对应谱线，绘制Saha
‑
Boltzmann斜线，计算配分函数，得出各组分浓度；极大地减少了计算量，降低了人为失误的可能；进行谱线强度校准，获得更准确的谱线强度有利于提高定量分析的准确度。
[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]本专利技术提供了一种基于激光诱导击穿光谱的元素定量分析方法，包括以下步骤：
[0006]S1、输入需要绘制Saha
‑
Boltzmann图的元素；
[0007]S2、判断需要匹配的对应元素原子和离子信息是否均已存在，若不存在，则读取光谱文件，生成对应元素原子和离子信息；若存在，则进行步骤S3；
[0008]S3、读取已匹配的对应元素原子和离子信息；
[0009]S4、预设等离子体温度；
[0010]S5、更新等离子体温度，绘制Saha
‑
Boltzmann图；
[0011]S6、拟合Saha
‑
Boltzmann图；
[0012]S7、利用Saha
‑
Boltzmann图曲线计算等离子体温度；
[0013]S8、判断计算的等离子体温度是否与预设的等离子体温度接近，若否，则执行步骤S5；若是，则执行步骤S9；
[0014]S9、计算配分函数，使用CF法得出各组分浓度；
[0015]S10、结束。
[0016]其中，所述步骤S2中，读取光谱文件，生成对应元素原子和离子信息的方法包括以下步骤：
[0017]S21、读取光谱文件；
[0018]S22、进行中值滤波，保存滤波后的文件；
[0019]S23、判断是否有需要校准的点的文件，若是，则执行步骤S24；
[0020]S24、读取需要校准的点的文件；
[0021]S25、读取下一个点；
[0022]S26、使用滤波后的文件，提取中心点波长两侧的点；
[0023]S27、判断是否接近中心点的那个点的谱线强度更大，若是，则执行步骤S28，若否，则执行步骤S29；
[0024]S28、代入公式计算，得出拟合值赋给中心点，并更新到滤波后的文件中；
[0025]S29、判断文件中是否还剩未校准的点，若是，则执行步骤S25；若否，则执行步骤S30；
[0026]S30、寻找峰值，生成对应元素原子和离子信息。
[0027]其中，所述步骤S28中，当校准点x左右两侧对应的波长和光谱强度分别为x1、x2、y1和y2时，校准点x的光谱强度可计算为：
[0028][0029]其中，所述步骤S8和步骤S9中，计算配分函数的方法为：配分函数Us(T)将使用CF法中F值的求解，求解F值使用归一法，即所有元素的浓度相加为1，公式如下：
[0030][0031]其中qs为拟合斜线的截距，通过上式解得F值，可理论计算出各组分的浓度，公式如下：
[0032][0033]其中，所述步骤S7中，利用Saha曲线计算等离子体温度的方法为：根据预设的等离子体温度，计算各谱线对应的Saha
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Boltzmann平面上的点；计算公式如下：
[0034][0035][0036]上式中，m
e
为电子质量，k
B
为玻尔兹曼常数，h为普朗克常数，n
e
为电子密度；
[0037]通过求得的平面上的点拟合出Saha
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Boltzmann斜线，该斜线的斜率可计算出等离子体温度，通过对比计算出来的等离子体温度和预设的等离子体温度，逐步迭代计算出实际的等离子体温度。
[0038]本专利技术的有益效果：
[0039]本专利技术设计巧妙，本专利技术包含了分析光谱所需要的所有流程，极大的提高了工作效率；读取光谱，去除背景噪声，校准光谱强度，寻找峰值对应谱线，绘制Saha
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Boltzmann斜线，计算配分函数，得出各组分浓度；极大地减少了计算量，降低了人为失误的可能；进行谱线强度校准，获得更准确的谱线强度有利于提高定量分析的准确度。
附图说明
[0040]图1为本专利技术的一种基于激光诱导击穿光谱的元素定量分析方法的流程图。
[0041]图2为本实施例的连续背景噪声最大值为2000，采样窗口大小为49时的光谱图。
[0042]图3为本实施例的Saha
‑
Boltzmann斜线的示意图。
具体实施方式
[0043]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。以下结合附图对本专利技术进行详细的描述。
[0044]一种基于激光诱导击穿光谱的元素定量分析方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0045]S1、输入需要绘制Saha
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Boltzmann图的元素；
[0046]S2、判断需要匹配的对应元素原子和离子信息是否均已存在，若不存在，则读取光谱文件，生成对应元素原子和离子信息；若存在，则进行步骤S3；
[0047]S3、读取已匹配的对应元素原子和离子信息；
[0048]S4、预设等离子体温度；
[0049]S5、更新等离子体温度，绘制Saha
‑
Boltzmann图；
[0050]S6、拟合Saha
‑
Boltzmann图；
[0051]S7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光诱导击穿光谱的元素定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、输入需要绘制Saha
‑
Boltzmann图的元素；S2、判断需要匹配的对应元素原子和离子信息是否均已存在，若不存在，则读取光谱文件，生成对应元素原子和离子信息；若存在，则进行步骤S3；S3、读取已匹配的对应元素原子和离子信息；S4、预设等离子体温度；S5、更新等离子体温度，绘制Saha
‑
Boltzmann图；S6、拟合Saha
‑
Boltzmann图；S7、利用Saha
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Boltzmann图曲线计算等离子体温度；S8、判断计算的等离子体温度是否与预设的等离子体温度接近，若否，则执行步骤S5；若是，则执行步骤S9；S9、计算配分函数，使用CF法得出各组分浓度；S10、结束。2.根据权利要求1所述的一种基于激光诱导击穿光谱的元素定量分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，读取光谱文件，生成对应元素原子和离子信息的方法包括以下步骤：S21、读取光谱文件；S22、进行中值滤波，保存滤波后的文件；S23、判断是否有需要校准的点的文件，若是，则执行步骤S24；S24、读取需要校准的点的文件；S25、读取下一个点；S26、使用滤波后的文件，提取中心点波长两侧的点；S27、判断是否接近中心点的那个点的谱线强度更大，若是，则执行步骤S28，若否，则执行步骤S29；S28、代入公式计算，得出拟合值赋给中心点，并更新到滤波后的文件中；S29、...

【专利技术属性】
技术研发人员：何小勇，杨琦，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：