一种激光诱导击穿光谱元素谱线逆向提取方法

摘要

本发明针对激光诱导击穿光谱这种最具潜力的元素分析技术面临的瓶颈问题，以提高被测元素的痕量检测限，发明了一种激光诱导击穿光谱谱线逆向提取方法。即：将缓慢变化的背景信息提取出来，有效地实现了多种元素谱线的同时无损提取，保证了各元素谱线信息特征的完整性，极大地提高了测量光谱信号的信噪比及被检测元素的痕量检测限，且元素谱线信噪比的提高倍率正比于背景信息的去除量。该方法不需要各种被提取元素的标准发射谱线与线型结构以及不同被测量基质的标准背景参考光谱，实现了宽光谱范围内多种元素谱线的同时提取，适用于各种以激光诱导击穿光谱技术为手段的各种状态(气态、固态、液态)被分析物质的激光诱导击穿光谱元素谱线的分离提取。

主权项

一种激光诱导击穿光谱元素谱线逆向提取方法，其特征在于：准备激光诱导击穿光谱测量系统，将接收到的光谱信息在数据采集处理系统中通过显示窗口显示出来，采用微分光谱技术与时域平滑算法，选取光谱中一定波长范围所对应的显示窗口宽度，对显示窗口内的信号进行微分计算，在激光等离子体形成初期，产生的连续白光背景为一慢变化过程，背景的变化远远小于元素谱线的变化，通过选取合适的阈值可将缓慢变化的背景信息提取出来；通过从光谱信号开始至信号结束范围内连续移动多个显示窗口，并结合前一显示窗口内所计算出的背景信息，完成对整个光谱信号中背景信息的提取，实现真实信号光谱信息的提取；包括以下步骤：(1)准备激光诱导击穿光谱测量系统，所述激光诱导击穿光谱测量系统包括激光器，激光器发出的激光经反射镜反射后，再通过聚焦透镜聚焦在样品上，在样品表面产生高温等离子体，在等离子体冷却前，被激发的原子、离子及分子将产生具有样品元素成分特征的等离子体发射谱线，还设置有接收光纤，所述接收光纤接收所述等离子体发射谱线，并将等离子体信号传送至光谱仪进行分光，最后由光电探测器进行光电信号的转换，转换后的电信号输送至数据采集处理系统，并在显示窗口中显示光谱信息；(2)对采集到的原始的光谱信号进行滤波，通过小波分析去除噪声；(3)设定微分光谱阈值，并将显示窗口中光谱起始点强度设为背景信号的初值；(4)根据所测量得到的光谱数据的分辨率选取显示窗口宽度，从光谱信号开始点起选取两个相邻的显示窗口为第一和第二显示窗口，分别对第一和第二显示窗口内的信号强度进行微分计算；(5)根据步骤(4)计算的结果判断第一和第二显示窗口对应的光谱信号是否存在具有样品元素成分特征的元素谱线信号，如果存在元素谱线信号，则将第一和第二显示窗口范围内的背景信号强度设为步骤(3)所述的初值，如果没有元素谱线信号的存在，则将第一显示窗口范围内的背景光谱强度设为第二个显示窗口宽度内背景光谱强度的最小强度值；(6)选取第三个显示窗口，对第三显示窗口范围内的信号积分强度进行微分计算，并判断第三显示窗口对应的光谱信号中是否存在具有样品元素成分特征的元素谱线信号，如果存在元素谱线信号，则第三显示窗口范围内的背景信号强度设为步骤(3)所述的初值，如果没有元素谱线的存在，则第二显示窗口范围内的背景光谱强度设为第三个显示窗口宽度内背景光谱强度的最小强度值；然后依次选取后面的显示窗口，按上述方法进行计算并判断，直到测量光谱结束，完成背景光谱信号的初步提取；(7)根据对整个测量光谱范围内所提取的背景光谱初值，对背景信号进行多项式拟合与时域平滑，实现测量光谱中背景光谱的分离；(8)根据测量光谱与背景光谱的差值，实现宽光谱范围内各元素谱线的有效提取。