[发明专利]一种提高激光诱导击穿光谱重叠峰定量分析精度的方法

说明书

本发明公开了一种提高激光诱导击穿光谱重叠峰定量分析精度的方法，其利用LIBS技术对元素含量已知的定标样品进行检测，得到定标样品的光谱图；再利用积分强度结合小波变换对重叠干扰和连续背景干扰进行校正，将校正后的特征谱线积分强度和分析元素含量分别作为自变量和因变量建立单变量线性回归模型，根据定标均方根误差优化积分区域因子w₁和w₂、重叠干扰因子α、分解层数l、小波函数和连续背景扣除比例因子γ；最后利用对应的定标样品得到优化参数对待测样品的光谱进行校正，通过单变量线性回归模型预测待测样品中分析元素的含量。本发明可同时去除重叠和连续背景对谱线的干扰，可有效提高基体复杂样品中重叠峰定量分析的精度。

技术领域

本发明属于材料成分检测技术领域，更具体地，涉及一种提高激光诱导击穿光谱重叠峰定量分析精度的方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS)是通过高能量密度的脉冲激光聚焦到被测物质表面，烧蚀产生高温等离子体，进而通过采集分析等离子体中的发射光谱来确定被测物质中各元素的成分及含量的物质成分分析技术。LIBS技术因具有速度快、无需样品制备、多元素、远距离和在线同时检测等优点，在工业生产、环境监测、生物医药和太空探测等诸多领域具有广泛的应用前景。

然而，目前LIBS技术存在的主要挑战是，由于等离子体中的原子和离子谱线在实际测量过程中存在谱线展宽(多普勒展宽、碰撞展宽和自然展宽)，导致中心波长相近的谱线会存在彼此重叠干扰现象。此外，等离子体产生初期的电子韧致辐射、离子和电子的复合辐射所引起的强连续背景也是影响光谱真实强度的重要因素。因此，基体复杂样品的LIBS光谱中谱线容易存在重叠干扰和连续背景干扰等现象，因而很难选择弱干扰，特别是无干扰的分析谱线，而选择重叠峰进行定量检测时却往往导致LIBS的分析精度偏低。

针对LIBS中重叠峰分析所存在的问题，可以采用高分辨率的光谱仪和时间高分辨的探测器组合在一定程度上提高重叠峰的定量分析精度，然而，这将大幅增加仪器成本和尺寸，且并不能完全消除LIBS中重叠干扰及其连续背景的影响。另一种去除谱线重叠干扰和连续背景干扰的行之有效方法即数据处理方法，不仅可以有效增加LIBS光谱的选择范围(以前往往只选择弱干扰或无干扰的独立谱线)，而且还可以大幅提高LIBS的定量分析精度。中国专利CN103076308A公开了一种基于合理的谱峰数学模型，通过无约束最优化算法计算得到重叠峰分辨之后的谱峰相关信息的方法，这种方法能有效对重叠峰进行分峰，降低重叠干扰的影响，但该方法并没有对LIBS中重叠峰的定量分析进行进一步深入研究。文献“Accuracy improvement of quantitative analysis in laser-induced breakdownspectroscopy using modified wavelet transform”(公开日期2014年4月21日)公开了一种利用小波变换对LIBS光谱进行连续背景校正，提高样品中微量元素定量分析精度的方法，但是这种方法中分析谱线需要选取无重叠干扰的谱线，其对重叠干扰谱线的干扰校正尚未研究。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种提高激光诱导击穿光谱重叠峰定量分析精度的方法，其利用对应的定标样品得到的优化后的积分区域因子W₁和W₂、重叠干扰因子α_opt、分解层数L、小波函数F和连续背景扣除比例因子γ_opt对光谱进行校正，最后通过单变量线性回归模型预测待测样品中分析元素的含量，可有效解决现有因重叠峰分解准确度不高且无法精确去除连续背景干扰导致的重叠峰定量分析精度偏低的问题，具有分析方便、准确等优点，适用于基体复杂材料尤其是钢铁、塑料和石油等材料的重叠峰定量分析等场合。

为实现上述目的，本发明提出了一种提高激光诱导击穿光谱重叠峰定量分析精度的方法，其特征在于，包括如下步骤：