利用激光誘導擊穿光譜定性與定量分析固體中元素方法研究.pdf

1、激光誘導擊穿光譜(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，LIBS)是一種新型光譜分析技術。利用激光誘導擊穿光譜的方法對未知樣品進行元素分析，具有可多元素同時分析，速度快，無輻射等優(yōu)勢，在電力、地礦、環(huán)保、冶金、考古等領域有廣闊的應用前景。
　　 本文首先概述了LIBS技術的基本原理、理論以及應用現(xiàn)狀。然后針對目前該技術進行元素分析時，定性分析需采用人工方式尋峰，再確定譜線歸屬;而在定量分析過程

2、中，由于脈沖激光能量起伏會導致測量的長期穩(wěn)定性差的缺點，從原理上和技術上解決了上述關鍵問題，開發(fā)煤質分析設備，可實現(xiàn)對煤樣灰分、發(fā)熱量等工業(yè)分析指標的測量，推動了該技術的實用化。
　　 本文主要研究內容概括如下:
　　 1.介紹了激光誘導擊穿光譜的電子密度、等離子體溫度等參數(shù)的計算方法，局部熱平衡態(tài)的判定。用LabVIEW編寫了等離子參數(shù)計算程序，根據(jù)高斯公式的面積與峰值關系建立了譜峰半高寬的算法，基于Boltzmann

3、-Maxwell分布和Saha-Eggert公式計算電子密度、溫度。
　　 2.利用二次微商法和閾值判定法對LIBS光譜數(shù)據(jù)進行降噪、尋峰，并通過參考NIST原子光譜數(shù)據(jù)庫，確定譜線歸屬。基于LabVIEW編寫了分析程序，確定了多種常見元素的特征波長，可以自動識別元素譜線，建立了定性分析算法。在此基礎上設計了便攜式元素分析設備，可通過手持式測量，實現(xiàn)對樣品所含元素種類的定性分析，快速確定未知樣品中所含元素種類。
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4、.建立閉環(huán)負反饋式激光能量鎖定裝置，通過將激光輸出能量與預設值進行比較并負反饋至激光電源，利用PID控制根據(jù)能量偏差值得到相應的控制量，自動調整氙燈供電電壓將脈沖激光能量鎖定在預設值附近。通過優(yōu)化PID參數(shù)，使激光能量起伏穩(wěn)定在±3.2％以內，實現(xiàn)長期穩(wěn)定測量，提高了LIBS技術在元素分析領域的可靠性和實用性。
　　 4.利用二階多元非線性回歸建立了煤炭工業(yè)分析指標的定標模型，構建了新的數(shù)據(jù)分析方法，通過歸一化提高譜線相對強度計