基于单标样的激光探针定量分析方法研究

论文摘要

激光探针技术在元素检测分析中具有快速、实时在线、无需样品预处理、多元素同时检测等优点。目前,它已在工业、农业、环境科学、医学等领域获得了初步应用。激光探针定量分析通常采用多标样定标法,虽然该方法检测精度高,但需要一系列标准样品建立定标曲线。然而,在太空探索、环境保护、地质勘测等缺乏标样的领域,多标样方法的应用存在极大的局限性。另一方面,无需标样的自由定标方法,由于没有标样作为参考,导致检测精度低。因此,本文提出了一种基于单标样的高精度激光探针定量分析方法,并对单标样定量分析模型展开研究,取得的主要研究成果和创新点如下:（1）基于激光原子发射光谱的原理,提出了一种只需单个标准样品进行定标的定量分析方法。该方法的计算公式由Lomakin-Scherbe公式推导获得,只需利用一个标准样品和待测样品的全谱,代入各元素光谱强度到公式即可获得待测样品的元素含量。将该方法分别应用到黄铜合金、微合金钢和镍基合金标准样品的定量分析中,结果表明,单标样法针对主量元素的检测精度很高。以黄铜样品为例,相比于多标样定标法,Cu元素的R2,RMSECV,ARE,ARSD分别从0.40,3.55 wt.%,5.19%,16.22%改善到了0.97,0.76 wt.%,1.05%,1.15%。（2）针对激光等离子体存在自吸收效应、基体效应和谱线干扰等因素导致的激光探针定量分析精确度较差的难题,根据自吸收效应和基体效应的机理,引入自吸收系数和剥蚀总质量对单标样公式进行了修正。基于修正后的公式,建立了二元样品单标样定量分析模型以模拟实验结果,并研究了自吸收效应和基体效应对模型精确度的影响。模拟结果表明,对于二元样品,自吸收越严重,模型精确度越低;标准样品和待测样品基体差异越大,精确度越低;高含量元素的检测效果更好。（3）针对实际样品一般包含多种元素而二元样品模型过于理想化的问题,将单标样定量分析模型由三元样品过渡推广到多元样品。模拟结果表明,对于多元样品,自吸收效应和基体效应对其定量分析的影响规律基本和二元样品一致。对于高含量元素,其对应的基体含量低,从而受基体变化和自吸收的影响更小,预测精度更高。多元样品模型也得到了镍基合金的实验验证,对于微量元素,其含量的模拟值与实测值的平均R2达到了0.96;对于主量元素,以Nb元素为例,其模拟值与实测值的RMSECV为0.33 wt.%,与标准值与实测值的RMSECV基本相当。综上所述,本文提出的基于单标样的激光探针定量分析方法能有效提高主量元素的分析精度,弥补激光探针技术在主量元素检测精度上的不足。在此基础上,通过单标样定量分析模型研究了自吸收效应和基体效应对元素含量与相对误差关系的影响。该模型不仅可以对标样的选取提供指导,也可对实验结果进行预测和校正。单标样法为激光探针定量分析提供了一种更加简便、精确的定标手段,对于激光探针技术在实际生活中的应用推广具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 激光探针技术简介
•   1.3 激光探针定量分析方法研究现状
•   1.4 课题的来源、目的及意义
•   1.5 本文的主要内容
• 2 单标样激光探针定量分析的原理及实验装置
•   2.1 前言
•   2.2 单标样激光探针定量分析原理
•   2.3 实验装置及参数优化
•   2.4 定量分析评价指标
•   2.5 本章小结
• 3 合金样品的单标样激光探针定量分析研究
•   3.1 前言
•   3.2 黄铜样品定量分析
•   3.3 其他合金样品定量分析
•   3.4 本章小结
• 4 单标样定量分析模型的校正及其在二元样品中的研究
•   4.1 前言
•   4.2 单标样定量分析模型的校正研究
•   4.3 二元样品的单标样定量分析模型
•   4.4 本章小结
• 5 单标样定量分析校正模型在多元样品中的应用研究
•   5.1 前言
•   5.2 三元样品的单标样定量分析模型
•   5.3 多元样品的单标样定量分析模型
•   5.4 单标样定量分析模型的实验验证
•   5.5 本章小结
• 6 总结和展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 :攻读硕士学位期间发表的论文及申请专利

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 袁锐

导师: 郭连波

关键词: 激光探针技术,单标样定量分析,主量元素,自吸收效应,基体效应

来源: 华中科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,化学,无线电电子学

单位: 华中科技大学

分类号: O657.3;TN24

DOI: 10.27157/d.cnki.ghzku.2019.000749

总页数: 86

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