[发明专利]基于代数重建关联向量求解的LIBS定量分析方法有效

专利信息
申请号: 201810089431.8 申请日: 2018-01-30
公开(公告)号: CN108444980B 公开(公告)日: 2020-08-07
发明(设计)人: 万雄;袁汝俊;王泓鹏;何强 申请(专利权)人: 中国科学院上海技术物理研究所
主分类号: G01N21/71 分类号: G01N21/71
代理公司: 上海沪慧律师事务所 31311 代理人: 李秀兰
地址: 200083 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 基于 代数 重建 关联 向量 求解 libs 定量分析 方法
【说明书】:

本发明公开了一种基于代数重建关联向量求解的LIBS定量分析方法,将高精度的光学层析重建模型用于多元LIBS定量求解问题建模,建立起标准样品归一化光谱强度矩阵W、关联矩阵F、标准样品原子分数矩阵P三者之间的关系;采用光学层析中高精度的ART迭代算法结合矩阵列向量分解,逐列迭代求解关联矩阵F的各个列向量,从而得到反映W与P之间相互联系的关联矩阵F。然后根据未知样品的实测归一化光谱强度向量与关联矩阵的运算实现未知样品中每个元素的高精度求解分析。本发明的有益效果是,解决了化学基质效应中不同元素竞争发射的影响;采用ART层析迭代算法求解,得到了最小绝对误差的关联矩阵列,从而提高LIBS定量分析精度。

技术领域

本发明涉及一种激光光谱探测方法,尤其涉及一种定量激光诱导击穿光谱分析方法,适用于探测目标多元素的同时定量求解分析,属于光电探测领域。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,简称LIBS)采用短脉冲激光聚焦目标表面,其瞬时高温使目标剥蚀产生等离子体,冷却过程中原子及离子从高能态回落至低能态发射出含有元素信息的谱线,可用于对物质组成元素进行探测。LIBS技术可以较好地实现目标元素定性分析,但定量分析存在许多困难,包括:烧蚀孔效应、化学基质效应等的影响。

LIBS定量分析分为单元分析及多元分析方法。单元分析方法对待测的某一种元素进行标定,得到标定曲线,根据标定曲线及待测目标的该元素谱线强度计算元素的含量。这种方法的优点是比较简便实用,缺点是会受到化学基质效应的影响,定量分析的精度受到限制;多元分析方法可同时对待测目标的多种元素的多条谱线进行多标定样品的标定,通过求解多变量数学矩阵方程式,得到待测目标的多种元素的含量。该方法的优点是可在一定程度上消除化学基质效应对定量分析精度的影响,缺点是求解算法精度取决于前期的多元素标定数理模型及求解算法的设计。

为了解决多元定量的精度问题,本专利将高精度的光学层析重建模型用于多元LIBS定量求解问题,采用光学层析中高精度的代数重建(Algebra ReconstructionTechnique,简称ART)迭代算法结合矩阵列向量分解,逐列迭代求解,得到标准样品归一化光谱强度矩阵与每个元素含量之间的关联矩阵。然后根据未知样品的实测归一化光谱强度向量与关联矩阵的运算实现未知样品中每个元素的高精度求解分析,解决LIBS多元分析的求解精度问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多元LIBS矩阵多元素分析求解方法,该方法首先建立LIBS多元分析的与光学层析重建类似的矩阵数理模型,然后基于光学层析中的ART迭代算法结合矩阵列向量分解进行关联向量的求解,得到关联矩阵,根据待测目标的归一化光谱强度与关联矩阵的运算,得到待测目标多个元素的原子分数,以实现高精度定量化LIBS检测。

本发明是这样来实现的,

1.假设需要定量分析的元素个数(即元素维度)为M,并排好序。准备N个标准样品用以进行标定(即样品维度为N)。这N个样品为固态,大小尺寸均等,含有不同比例的上述M种元素,每种元素的原子分数(即原子数百分比)均已知,每个样品中的成份均匀分布;

2.参照光学层析重建中投影矩阵、流场物理量图像矩阵、测量矩阵三者的关系,构建多元LIBS定量分析矩阵方程式,即

WF=P

式中,W为标准样品归一化光谱强度矩阵,相当于光学层析重建中的投影矩阵;F为关联矩阵,相当于光学层析重建中的流场物理量图像矩阵、P为标准样品原子分数矩阵,相当于测量矩阵;

3.标准样品归一化光谱强度矩阵W按下述方法构建:

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