基于多粒子 LIBS谱线的自吸收校正方法研究.pdf

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1、第３４卷，第９期光谱学与光谱分析Vol畅３４，No畅９，pp２５２３‐２５２８２０１４年９月SpectroscopyandSpectralAnalysisSeptember，２０１４基于多粒子LIBS谱线的自吸收校正方法研究１１，３倡１，２１１１倪志波，董凤忠，陈兴龙，王静鸽，贺文干，付洪波１．中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥　２３００３１　　　２．合肥工业大学仪器科学与光电工程学院，安徽合肥　２３０００９３．中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽合肥　２３００２６摘要为克服自吸收效

2、应对炉渣样品定量分析结果的影响，基于快速模拟退火算法的优化过程，结合等离子体发射光谱的基本理论，发展了一种基于多种粒子发射谱线的自吸收校正算法，给出了该算法的流程图。利用前述自吸收校正算法分别对精炼渣和高炉渣样品的激光诱导等离子体发射光谱强度进行校正，并结合无标分析法，对比分析了自吸收校正算法对样品成分定量分析结果的影响。对比自吸收校正前后的Bo‐ltzmann图可以看出，经自吸收校正后，等离子体中各粒子的温度均稳定在１１６００K左右，结果明显趋于一致。利用自吸收校正后同种粒子的等离子体光谱构建的B

3、oltzmann图中，除一组数据外，其他数据在Boltz‐mann图中的截距基本一致。利用经自吸收校正后的谱线，对两种炉渣样品成分进行定量分析的结果表明：对于精炼渣，MgO的定量分析结果精度不高，若不分析MgO的含量，则CaO，Al２O３和SiO２等成分定量分析结果的相对误差会明显降低；对于MgO含量为８畅４９％的高炉渣样品，Al２O３定量分析结果的精度最高，相对误差为２畅３８％，MgO最低，相对误差为２８畅２７％，但基本可以反映出该成分在样品中的含量。关键词激光诱导击穿光谱；自吸收校正；定量分析；

4、无标分析法中图分类号：O４３３畅４　　文献标识码：ADOI：１０畅３９６４／j畅issn畅１０００‐０５９３（２０１４）０９‐２５２３‐０６度的空间分布往往是不均匀的。自等离子体高温区域发射的引言光子经等离子体的低温区时，可能会因自吸收效应而削弱发射谱线强度。为克服自吸收效应的影响，Gornushkin等最早［６］炉渣是钢铁及有色重金属冶炼、精炼等过程的重要控制将增长曲线（curveofgrowth，COG）应用到LIBS中。Bula‐介质，在冶炼过程中具有多重冶金功能。准确控制炉渣成jic等将CO

5、G与CF‐LIBS相结合，改进了最初的CF‐LIBS方［７］分，对于保证冶炼产品质量、提高金属回收率、调整冶炼操法，大大提高了CF‐LIBS的分析性能。但对于炉渣这种成作顺序等方面都起着决定性作用。激光诱导击穿光谱（laser‐分复杂的物质而言，需要建立大量谱线的COG模型，且模［８］inducedbreakdownspectroscopy，LIBS）技术利用激光脉冲轰型中有多个参数不易获得。孙兰香等提出了一种基于内参击待分析样品激发等离子体，通过分析等离子体光谱实现样考线的自吸收校正算法，并获得了

6、不错校正效果。品的定性、定量分析。此技术具有无需样品预处理、分析速非常快速模拟退火算法是一种Mente‐Carlo迭代求解策［９，１０］度快等优点。将LIBS技术用于炉渣成分定量分析始于２０００略的随机寻优算法，具有全局搜索、鲁棒性强和适应性年左右，主要研究人员包括德国Fraunhofer激光技术研究所广等特点。通过研究VFSA算法的特点，提出了一种基于多［１，２］的ReinhardNoll研究小组，克里斯蒂安·多普勒激光辅粒子谱线的自吸收校正算法，并利用该算法分别对精炼渣和［３，４］助诊断实验室的

7、Praher等。在定量分析过程中，通常将高炉渣样品的等离子体发射谱线进行了自吸收校正。将CF‐无标分析法与LIBS技术相结合（CF‐LIBS），对炉渣成分进LIBS技术与校正后光谱相结合，对两种炉渣成分进行了定行定量分析。无标分析法的前提假设包括：等离子体为光学量分析。［５］薄；满足局部热力学平衡。实际上，激光诱导等离子体温收稿日期：２０１３‐１０‐１８，修订日期：２０１４‐０１‐２１基金项目：国家自然科学基金项目（１１０７５１８４）及中国科学院合肥物质科学研究院知识创新工程领域前沿项目（Y０３RC

8、２１１２４）资助作者简介：倪志波，１９８１年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所助理研究员e‐mail：zbni＠aiofm畅ac畅cn倡通讯联系人e‐mail：fzdong＠aiofm畅ac畅cn４２５２光谱学与光谱分析第３４卷求出。在自吸收校正过程中，若将单一温度设为等离子体的１　基本理论平均温度，并基于此对所有粒子进行自吸收校正，必然影响最终结果的精度。为实现更准确的自吸收校正，本文提出了在激光诱导产生的等离子体中，某种粒子的发射谱线强一种基于多粒子LIBS谱线