利用激光诱导击穿光谱技术定量分析矿石元素成分及其系统优化

论文摘要

近年来,由于受到外星体和地球资源探索等应用需求的吸引,包括岩石在内的地球物质成为LIBS定量分析的重点对象。激光诱导击穿光谱技术(LIBS)具有一些独特的优势,例如在分析前不需要制备样品,能同时对多种元素进行分析,可以快速实时在线分析,具有远距离探测能力,可以探测高温、有毒、强辐射等不宜接触条件下的样品及实现对火星和月球上的环境探测等。本文首先对近些年来LIBS技术背景及其研究现状进行了概述；通过介绍激光诱导等离子体(LIP)光谱的形成过程、基本原理和特点,建立了利用LIBS技术进行物质成分分析的理论基础,并对当前LIBS技术的定量分析方法进行了阐述；接下来介绍LIBS实验装置并制作可三维移动的样品平台对实验系统进行改进；然后以标准矿石样品为例,通过强度归一化法和人工神经网络统计法对样品进行定量分析,建立相关的定标曲线和神经网络分析模型,并对未知样品进行反演。实验结果表明,综合利用这两种分析方法能够在一定程度上提高测量精确度并实现定量分析的快速测量,使LIBS在线实时分析具有可能性。结尾总结了本文的主要研究内容,指出利用LIBS技术进行矿石定量测量的不足之处,并对下一步的研究提出了建议。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 激光诱导击穿光谱的简介
• 1.2 激光诱导击穿光谱的研究现状
• 1.2.1 理论研究现状
• 1.2.2 应用研究现状
• 1.3 本文的研究内容及结构
• 2 激光诱导击穿光谱的基本原理和研究方法
• 2.1 激光诱导击穿光谱基本原理
• 2.1.1 激光等离子体的形成过程
• 2.1.2 激光等离子体辐射的机制
• 2.1.3 发射光谱的特征
• 2.1.4 光谱分析的依据
• 2.2 激光诱导击穿光谱技术的特点
• 2.3 激光诱导击穿光谱定量分析方法
• 2.3.1 外标法
• 2.3.2 内标法及强度归一化法
• 2.3.3 人工神经网络分析法
• 3 LIBS的实验测量系统及其系统优化
• 3.1 实验装置及待分析样品
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 样品的相关参数
• 3.2 样品的定性分析
• 3.2.1 确定元素的分析谱线
• 3.2.2 矿石的定性分析和分类
• 3.3 矿石样品光谱测量的实验系统优化
• 4 激光诱导击穿光谱的矿石成分定量化研究
• 4.1 元素的特征谱线的选取
• 4.2 强度归一化法分析待测量元素
• 4.3 人工神经网络法分析待测量元素
• 4.4 总结
• 5 全文总结与进一步的工作
• 5.1 全文总结
• 5.2 进一步的工作研究
• 参考文献
• 附录A 串口初始化部分的程序
• 附录B 步进电机控制器程序
• 附录C 步进电机控制器的硬件电路系统的原理图
• 作者简历
• 学位论文数据集