火星主次元素同步分析的定量激光诱导击穿光谱方法

摘要

本发明公开了一种火星主次元素同步分析的定量激光诱导击穿光谱方法。该方法依据火星表面物质元素组成的先验知识，把火星表面物质元素分为主要元素及痕量元素；对主要元素定量检测采用多变量分析方法；对痕量元素检测采用单变量分析方法。本发明的有益效果是，可在火星车有限的硬件资源条件下，实现主要元素的高精度分析，同时兼顾痕量元素的分析。

主权项

一种火星主次元素同步分析的定量激光诱导击穿光谱方法，其特征在于，所述的方法依据火星表面物质元素组成的先验知识，把火星表面物质元素分为主要元素及痕量元素；对主要元素定量检测采用多变量分析方法；对痕量元素检测采用单变量分析方法；具体方法步骤如下：1)设需要检测的火星表面物质成份的主要元素个数为a，痕量元素个数为b，则选择用于LIBS标定的标准样品个数为c，要求每个标准样品均包含所有的主要元素及痕量元素，且c大于a与b的和；2)在实验室模拟火星环境下，采用火星巡视车载LIBS探测系统，设定固定的激光器能量、探测距离、延迟时间等探测参数，并对c个标准样品进行LIBS探测；以LIBS探测数据为基础，对每个主要元素选择一条代表谱线，构建c个标准样品主要元素的归一化光谱强度矩阵D；对每个痕量元素选择n条谱线构建c个标准样品痕量元素的b个归一化光谱强度矩阵E₁、E₂、…、E_b，其中n大于等于3；3)在主要元素分析中，根据c个标准样品已知的主要元素含量，计算并构建标准样品主要元素的原子分数矩阵F；构建包含原子分数矩阵F、主要元素的归一化光谱强度矩阵D、回归矩阵H的超定矩阵方程，依据优化理论求解该超定矩阵方程，得到最优回归矩阵H_o；4)在痕量元素分析中，根据c个标准样品已知的痕量元素含量，计算并构建标准样品痕量元素的原子分数向量G₁、G₂、…、G_b；结合步骤2)的b个归一化谱线强度矩阵E₁、E₂、…、E_b，对每种痕量元素得到n条归一化谱线强度与原子分数关系的拟合曲线；5)在火星表面上，开启火星巡视车载LIBS探测系统，以与实验室相同的探测参数，得到火星表面土壤等需测定目标主要元素的归一化LIBS光谱强度向量K，同时得到痕量元素的归一化LIBS光谱强度向量J₁、J₂、…、J_b；6)将K与H_o相乘得到a个主要元素的原子分数，进而得到火星表面测定目标的主要元素的含量；7)对每种痕量元素，结合步骤5)的光谱强度向量J₁、J₂、…、J_b及步骤4)的n条拟合曲线，可得n个原子分数值，求取这n个原子分数值的平均值，得到每种痕量元素的原子分数，进而得到火星表面测定目标的b个痕量元素的含量。