[发明专利]一种基于光谱抖动的激光诱导击穿光谱分析方法

说明书

本发明公开了一种基于光谱抖动的激光诱导击穿光谱分析方法，属于光谱检测领域，包括：从样品集中选取样品，对样品中多个不同采样点处的激光诱导击穿光谱进行采集以及预处理，得到第一光谱；对第一光谱进行多次不同幅度的抖动偏移，得到相应的多个抖动光谱并形成为抖动光谱阵列；对样品集中各样品的抖动光谱阵列进行合并，得到定标光谱矩阵，并利用定标光谱矩阵训练定量分析模型，训练后的定量分析模型用于对待测样品进行成分含量分析。模型可抵抗光谱强度整体波动的影响，从而降低基体效应等因素对分析结果的影响，当待测样品激光诱导击穿光谱发生整体波动时，减小模型的预测误差，提高模型分析准确性。

技术领域

本发明属于光谱检测领域，更具体地，涉及一种基于光谱抖动的激光诱导击穿光谱分析方法。

背景技术

激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)技术是一种原子发射光谱技术，它将一束脉冲激光聚焦在样品表面，使样品表面局部物质发生烧蚀并产生等离子体，烧蚀过程中跃迁到较高能级的电子在等离子体冷却过程中跃迁回较低能级并发出原子发射光谱。原子发射光谱的各谱峰波长与被烧蚀物质原子的能级结构有关，各谱峰强度与对应元素原子的含量有关。通过分析原子发射光谱，可计算得到被测样品中各成分含量。

基体效应是指这样一种现象，样品中其他成分的含量差异、样品粒度、密度等性质的差异，使得烧蚀过程中等离子体温度、烧蚀质量等参数发生变化，导致分析被测成分相近的样品，得到的光谱强度也可能存在较大差异。激光诱导击穿光谱分析中，光谱强度往往会受到基体效应的干扰，导致分析误差增大。此外，光谱强度还受激光诱导击穿光谱分析系统硬件工作效率等因素的影响。这些因素差异往往对光谱中的各个谱峰强度都会产生影响，使光谱产生整体波动。激光诱导击穿光谱分析中，通常在定标过程中建立特征谱峰强度与样品成分含量间的函数关系，并据此对未知样品进行分析。光谱强度存在波动，会导致分析结果发生变化，降低激光诱导击穿光谱分析的准确性。

发明内容

针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于光谱抖动的激光诱导击穿光谱分析方法，其目的在于当待测样品LIBS光谱发生整体波动时，减小模型的预测误差，提高模型分析准确性。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于光谱抖动的激光诱导击穿光谱分析方法，包括：S1，从样品集中选取样品，对所述样品中多个不同采样点处的激光诱导击穿光谱进行采集以及预处理，得到第一光谱；S2，对所述第一光谱进行多次不同幅度的抖动偏移，得到相应的多个抖动光谱并形成为抖动光谱阵列；S3，对所述样品集中各样品的抖动光谱阵列进行合并，得到定标光谱矩阵，并利用所述定标光谱矩阵训练定量分析模型，训练后的定量分析模型用于对待测样品进行成分含量分析。

更进一步地，所述S2中得到的抖动光谱为：

其中，为第s个样品的第i个抖动光谱中第j个特征谱峰强度，为第s个样品的第一光谱中第j个特征谱峰强度，为第s个样品的第i个抖动光谱的抖动系数，i＝1,2，…,n，n为第s个样品的抖动光谱的总个数，j＝1,2,…,m，m为第s个样品的第一光谱中特征谱的总个数，Δk为的最大偏移量。

更进一步地，还包括：多次调整n和Δk的取值，并在每次调整后再次执行所述S1-S3，得到多个定量分析模型；计算各所述定量分析模型得到的成分含量分析与实际成分含量分析之间的误差，并将最小误差对应的定量分析模型作为最终模型。

更进一步地，所述S3中还包括：对所述定标光谱矩阵进行标准化处理，得到标准化光谱矩阵：