[发明专利]基于共线双脉冲激光诱导击穿光谱的土壤钾元素的快速检测方法

权利要求书

1.一种基于共线双脉冲激光诱导击穿光谱的土壤钾元素的快速检测方法，其特征在于，包括步骤：

1)制得N个梯度的含钾土壤样本，并制成压片样品，样本中钾元素浓度记为Y；

2)采用双脉冲激光采集含钾土壤样本的LIBS光谱数据记为X；

3)根据LIBS光谱数据X数据曲线，结合波长与元素一一对应的关系，找出钾元素对应的波长；

4)对LIBS光谱数据X进行预处理，预处理后的数据为X1，在X1中提取出与步骤3)中钾元素波长对应的光谱数据X2；采用X-Y共生矩阵法将所得光谱数据(X2,Y)按2:1的比例划分为建模集和预测集；

5)分别以建模集中的X2作为输入，Y为输出,建立土壤样本中钾元素浓度与对应LIBS谱线强度的多元线性回归分析模型：

Y＝0.0013X₁-0.0003X₂+0.0003X₃+15.0809

其中，Y为样本中钾元素的实际含量，X₁、X₂、X₃分别为与钾元素对应的693.9nm、766.88nm、769.90nm的信号强度；

将预测集中的X2带入建立的定量分析模型，得到样本中钾元素的预测浓度。

2.如权利要求1所述的基于共线双脉冲激光诱导击穿光谱的土壤钾元素的快速检测方法，其特征在于，在步骤1)中，采用不同土壤等重量混合制备所述含钾土壤样本，土壤中钾元素浓度分别为17.51mg·g^-1、21.91mg·g^-1、20.58mg·g^-1、18.92mg·g^-1、18.09mg·g^-1、19.67mg·g^-1。

3.如权利要求1所述的基于共线双脉冲激光诱导击穿光谱的土壤钾元素的快速检测方法，其特征在于，在步骤1)中，将含钾土壤样本制成等规格的方形压片样品，每片质量为0.5g，每个梯度制备3个压片样本。

4.如权利要求1所述的基于共线双脉冲激光诱导击穿光谱的土壤钾元素的快速检测方法，其特征在于，在步骤2)中，对激光诱导击穿光谱仪的参数进行优化，得到的最优参数为：第一束激光能量为25mJ；第二束激光能量为75mJ；激光波长为532nm；延时时间为6us；积分时间为10us，脉冲间隔为1.2us。

5.如权利要求1所述的基于共线双脉冲激光诱导击穿光谱的土壤钾元素的快速检测方法，其特征在于，在步骤4)中，对LIBS光谱数据X进行预处理为采用小波变换方法进行降噪处理，小波奇函数为db4，层数设为3。

6.如权利要求1所述的基于共线双脉冲激光诱导击穿光谱的土壤钾元素的快速检测方法，其特征在于，在步骤4)中，采用X-Y共生矩阵法对样本进行划分时，将所有的含钾土壤样本都看作建模集候选样本，然后采用迭代的方法选择欧氏距离最远的两个向量对进入建模集，直到选出所要求的样本数目；其距离公式如下：

其中，d_xy(m,n)为欧式距离，d_x(m,n)为光谱距离，d_y(m,n)为理化性质特征距离。

7.如权利要求1所述的基于共线双脉冲激光诱导击穿光谱的土壤钾元素的快速检测方法，其特征在于，在步骤5)中，根据美国NIST原子光谱数据库和试验系统标定的特征波长，用于建立模型的钾元素的特征谱线为：K I 693.9nm,K I 766.88nm,K I 769.90nm。