[发明专利]一种LIBS成分分析中元素谱线的自动识别方法

说明书

技术领域

本发明属于材料成分分析技术领域，特别是涉及一种LIBS成分分析中元素谱线的自动识别方法，用于从针对样本而实测的LIBS光谱数据中自动识别出元素谱线，为后续的元素含量分析提供尽可能完备的数据基础。

技术背景

LIBS合金成分分析技术是材料分析中一个重要方面，受到研究者的广泛关注（王海舟,冶金分析前沿[M],北京：科学出版社，2004，255-289）。该技术的基本思想是通过激光激发一个或一组样本产生等离子体光谱，然后用光谱仪直接收集样本表面产生的发射谱线信号，最后通过对此信号进行分析处理获得样本各元素及相应含量。

谱线信号的分析处理一般由谱线识别和含量分析两部分组成。谱线识别的任务就是以各元素的原子发射光谱数据库为标准，结合光谱仪的波长、强度的测量范围和测量精度，综合考虑谱线间干扰、谱线强度过大或过小等因素，从样本的单次或多次重复实测光谱数据中确定出各谱线对应的元素，以及元素在该谱线的光谱强度。而含量分析就是在元素谱线识别的基础上，通过有标样法或无标样法，确定待测样本中各元素的含量。由此可以看到，元素谱线的识别是后续元素含量分析的前提和基础。

鉴于元素谱线识别的重要性，研究人员发展了各种识别方法。这些识别方法主要分为手工（林晓梅,曹继庆,殷庆辉,刘晓庆.基于LIBS技术的AOD炉硅含量在线分析[J],铁合金，2009，No.1,41-44；吴少波,叶连慧,孙彦广,于立业,张云贵.国产Nd:Yag美容用激光器用于LIBS成分分析的可行性研究[J],仪器仪表学报，2013，34(6)，181-186）和自动两大类（杜振辉,孟繁莉,李金义.激光诱导击穿光谱定量分析中的分析线自动选择方法[J],光谱学与光谱分析，2012,32(4),876-880；Aydin U，Roth P，Gehlen C D，Noll R.Spectral line selection for time-resolved investigations of laser-induced plasmas by an iterative Boltzmann plot method,Spectrochim.Acta Part B,2008,63：1060-1065；于海斌,孙兰香,杨志家,郭前进,辛勇,丛智博.校正激光诱导等离子体发射光谱连续背景干扰的方法[P],101750401A，2010-06-23）。

手工方法一般依靠前人使用过的元素谱线，或者使用已知的原子光谱数据人工筛选。这种方法一般用在研究中的探索阶段，优点是灵活，缺点是工作繁重，容易出错和遗漏。

自动分析方法则建立各种识别参数、规则和算法，利用计算机强大的计算功能，以已知的原子光谱数据库为参考标准，对实测光谱数据进行自动识别。这种方法不仅节约人力，而且不易出错和遗漏。

文献(杜振辉,孟繁莉,李金义.激光诱导击穿光谱定量分析中的分析线自动选择方法[J],光谱学与光谱分析，2012,32(4),876-880)定义了元素发射谱线的相对强度比、波长偏差两个参数，并据此对检测谱线进行筛选，通过设定合理的阈值，剔除自吸收和干扰严重的谱线。

该文提出用发射线的相对比强度位于合适的范围来判断是否可以选择此谱线，但由于相对比公式的分子分母都使用了实测谱线强度，所以可能存在无法区分自吸收谱线的情形。

此外，该文的一个重要方面是干扰谱线的剔除，但文中未详细论述剔除方法。

文献(Aydin，Roth P，Gehlen C D，Noll R.Spectral line selection for time-resolved investigations of laser-induced plasmas by an iterative Boltzmann plot method,Spectrochim.Acta Part B,2008,63：1060-1065)为了降低谱线间干扰，制定了谱线发射系数大于周边谱线发射系数总和的3倍的原则，来对理论谱线进行裁减。由于这个原则针对的是理论谱线，而理论谱线和实际谱线的发射系数并不一定一致，所以这个原则并不一定适合实际谱线的识别。