[发明专利]一种激光诱导击穿光谱的高精度定量分析方法

说明书

本发明提供一种激光诱导击穿光谱的高精度定量分析方法，包括：使用激光诱导击穿光谱系统测量各样品不同位置N次，每个样品获得N幅光谱的原始数据，将该N幅光谱作为一组；对每个样品重复测量M次，获得M组光谱原始数据；对M组光谱原始数据进行预处理；分别提取每个样品的M组光谱中的N幅光谱中被测元素特征谱线的强度，计算得到每个样品的M组数据的均值、方差和相对标准偏差；利用显著性检验的方法对每个样品的M组数据进行筛选，对筛选后剩余组的所有光谱数据求和后取平均，得到最终光谱数据；用所有样品的最终光谱数据建立定量分析模型。本发明可以显著提高LIBS测量结果的重现性和定量分析精度。

技术领域

本发明涉及一种检测技术领域的定量分析方法，具体地说，涉及的是一种激光诱导击穿光谱的高精度定量分析方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱是一种利用等离子体发射光谱来分析物质元素成分和含量的分析方法。通过激光聚焦在物体表面，材料被烧蚀为等离子体，通过分析等离子体发射的光谱可以定性被测物的元素种类和定量其含量。由于激光与被测物质耦合的机制十分复杂，等离子体演化受诸多因素影响，造成测量结果重复性差、定量分析精度低。

在实验室应用中，可以采用精密的、高成本的实验装置和复杂的样品预处理过程来保证测量结果的重复性。而在现场应用中，往往要求样品前处理过程尽可能简单。因此，在野外环境中无法对样品进行统一预处理的前提下，面对各种形态的待测样品，如何保证LIBS的检测精度和重复性是亟待解决的一大难题。

相比实验室大型设备，便携式及手持式激光诱导击穿光谱仪器的功率较低，测量精度也相对较低，提高功率和增加传感器件又会丧失小型仪器的低成本和便携性优势。因此，在不增加仪器复杂度的前提下，研究和改进激光诱导击穿光谱的测量方法和数据分析方法就变得十分重要和有意义。

现有文献中，大多采用简单的方法对测得的光谱数据进行筛选和校正。经检索，专利201710054865.X根据拉依达准则，将大于2.5倍中值绝对偏差的光谱数据作为异常值剔除，迭代使用拉依达准则，直到所有谱线满足准则或者剩下的光谱数量少于80％总光谱数。在实验室研究中，迭代使用拉依达准则确实能改善测量结果的重复性。然而在LIBS的实际现场应用中，特别是在谱线强度相对标准差达20％～50％的情况下，即使进行多组测量，每组测量上百次，组与组的均值之间仍然可能存在显著性差异。每个组的均值仍然可能与真值具有极大偏差，迭代使用拉依达准则会造成数据进一步向错误的均值靠拢，而不能消除这种偏差。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种结合显著性检验的、适用于现场测量、无需对样品进行统一预处理的激光诱导击穿光谱定量分析方法，可以显著提高LIBS测量结果的重现性和定量分析精度。

本发明目的通过下述技术方案实现：

一种激光诱导击穿光谱的高精度定量分析方法，包括：

S1，将被测元素含量已知的样品配制成n种含量成梯度的样品作为定标样品，使用激光诱导击穿光谱系统测量各样品不同位置N次，每个样品获得N幅光谱的原始数据，将该N幅光谱作为一组；对每个样品重复测量M次，获得M组光谱原始数据；

S2，对M组光谱原始数据进行预处理，所述预处理包括平滑、扣除背景、面积归一化中至少一种；

S3，分别提取每个样品的M组光谱中的N幅光谱中被测元素特征谱线的强度，计算得到每个样品的M组数据的均值、方差和相对标准偏差；

S4，利用显著性检验的方法对每个样品的M组数据进行筛选，将包含有异常均值、异常方差或异常相对标准差的组剔除，对剩余组的所有光谱数据求和后取平均，得到最终光谱数据；

S5，用所有样品的最终光谱数据建立定量分析模型，进行定量分析。

优选地，所述S1，具体为：