基于LIBS技术的钢铁合金中元素多变量定量分析方法研究-论文.pdf

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1、第34卷，第8期光谱学与光谱分析go1．34，No．8，pp2244—22492014年8月SpectroscopyandSpectralAnalysisAugust，2014基于LIBS技术的钢铁合金中元素多变量定量分析方法研究谷艳红，李颖，田野，卢渊中国海洋大学光学光电子实验室，山东青岛266100摘要针对钢铁合金样品元素组成相对复杂，基体效应较严重的问题，利用激光诱导击穿(LIBS)光谱技术对钢铁合金中的元素进行了定量分析。以Nd：YAG脉冲激光器基频1064nm波长激光作为激发光源，采用中

2、阶梯光栅光谱仪和ICCD分光探测钢铁合金样品的LIBS光谱。通过优化实验确定最佳探测延时为1．5s，最佳探测门宽为2s，激光聚焦点位置在实验样品靶面以下1．5turn。采用单变量定量分析、多变量线性回归和偏最小二乘(PLS)三种方法分析钢铁合金中cr元素和Ni元素的含量。结果表明，采用单变量定标方法定标曲线相关系数不高，对待测样的预测误差相对较大，难以有效地定量分析基体元素复杂的钢铁合金中金属元素的含量；采用多变量线性回归分析方法能有效提高定量分析的精度；采用PLS方法得到的Cr和Ni元素的拟合曲

3、线相关系数r分别为0．981和0．995，对两个待测样品中Cr元素和Ni元素的预测相对误差在6．4和7．1以内，分析结果优于多变量线性回归方法。可见，采用多变量校正的PLS方法能更有效地校正基体效应对定量分析的影响，提高定量分析的精度。关键词激光诱导击穿光谱；钢铁合金；多变量线性回归；PLS；基体效应中图分类号：0433．4文献标识码：ADOI：10．3964／j．issn．1000—0593(2014)08—2244—06的线性相关系数提高到0．9998，提高了对黄铜合金中Cu元引言素的测量精度

4、。Cristoforetti等[1]利用LIBS技术通过传统的单变量校准和偏最小二乘法两种方法对黄铜样品进行定量分激光诱导击穿光谱技术(Laserinducedbreakdownspec—析，其研究结果显示LIBS技术结合PLS算法能够快速有效troscopy，LIBS)作为一种原子发射光谱技术，以其可多组分地定量分析黄铜合金样品的元素组成。Palanco等u采用多同时探测、无需样品预处理、实时、快速的突出优势而被广变量线性回归的方法定量分析了基体元素更复杂的不锈钢样泛应用到工业生产、环境污染检测

5、、医学、矿物等领域⋯1]。品，结果表明，对于含量较小的Mn和Mo以外的所有元素，在钢铁合金的生产过程中，运用LIBS技术实时定量分析各采用多变量线性回归的方法获得的定标曲线线性拟合度均在元素的含量变化，可以实时调控合金性能、节约成本【6。]。相98以上。孙兰香等l1]采用多元二次非线性方法结合LltkS比于其他种类的样品，钢铁合金中的元素组成相对复杂，Fe技术定量分析合金钢中的微量元素Mn和si，有效地校正了元素谱线异常丰富，基体元素物理特性与激发条件不同可导多基体组分的基体效应，将测量结果的准确

6、度提高5倍以致等离子体特性变化，使得相关元素的光谱强度发生变化，上。Sorrentino等[171利用偏最小二乘法结合双脉冲激光诱导形成基体效应，即样品中含有的其他元素对分析元素的测定击穿光谱技术定量分析了钢铁合金中Cr，Ni，Mn和si四种造成了不同程度的影响，从而降低了测定的准确度_1l1l。另元素，实现了多元素快速定量分析。外，样品内各元素之间的相互干扰与大范围的浓度变化也是以钢铁合金中cr和Ni两种元素作为检测对象，探索在造成基体效应的重要因素_1。因此采用化学计量学中的多样品基体元素组成

7、复杂，待测元素含量变化范围较大情况下变量校正方法结合LIBS光谱对复杂样品进行定量分析，也的多变量定量分析方法，以降低基体效应的影响，提高定量成为近年来LIBS定量分析研究的最新热点。分析精度。王哲等¨1。]采用多变量分析方法校正了黄铜合金的基体效应和Cu的自吸收效应对Cu定量分析的影响，将定标曲线收稿日期：2013—07—28。修订日期：2013一II一20基金项目：国家自然科学基金项目(41106080，41211130099)资助作者简介：谷艳红，1989年生，中国海洋大学信息科学与工程学院

8、硕士研究生e-mail：guyanhong66@163．corn*通讯联系人e-mail：liying@OUC．edu．cn第8期光谱学与光谱分析22451．2实验参数的优化1实验部分图2是C1样品在350和426nm附近的典型LIBS光谱。从图中可以看出，CrI425．435nm，CrI427．480nm，Ni1．1系统与样品I349．296nm，NiI351．505I1Hl以及NiI352．454nm五实验系统如图l所示。调Q脉冲Nd：YAG激光器(Qu—条待测元素的特征谱线都