本文關(guān)鍵詞：基于自由定標(biāo)的激光誘導(dǎo)擊穿光譜定量分析方法研究

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【摘要】：激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser-induced breakdown spectroscopy, LIBS)作為一項(xiàng)新型技術(shù)被推廣在許多領(lǐng)域來解決實(shí)際問題,如工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量控制、環(huán)境形勢(shì)監(jiān)測(cè)、水資源等領(lǐng)域。LIBS具有分析簡(jiǎn)便、快速、無需復(fù)雜樣品預(yù)處理以及多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于土壤的定量研究中。自由定標(biāo)(Calibration-free laser-induced breakdown spectroscopy,CF-LIBS)方法是一種極具研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景的定量分析方法。由于該方法絕對(duì)地依賴于數(shù)學(xué)理論模型,無法消除自吸收效應(yīng)和等離子體干擾的影響,因此該方法的定量準(zhǔn)確性仍需深入研究。本文從減小自吸收效應(yīng)、準(zhǔn)確確定等離子體溫度以及提高CF-LIBS準(zhǔn)確度等方面展開一系列方法研究,并將建立的方法用于土壤中Ca和A1兩種元素的含量及其比率的測(cè)定。首先,本文提出了一種基于內(nèi)參考線結(jié)合外標(biāo)的改進(jìn)CF-LIBS方法,簡(jiǎn)稱為IRESCF方法。該方法首先通過選擇無自吸收影響的內(nèi)參考線以減小自吸收效應(yīng)對(duì)其它譜線的影響,然后選擇一個(gè)與未知土壤樣品基體相似的標(biāo)樣,并采用遺傳算法進(jìn)行迭代優(yōu)化,以尋求最佳的等離子體溫度,最后將此溫度應(yīng)用于未知樣品實(shí)現(xiàn)其組分的準(zhǔn)確定量分析。與傳統(tǒng)的CF-LIBS方法相比,該方法大大提高了自由定標(biāo)方法的定量分析性能。其次,將Saha方程與改進(jìn)的CF-LIBS方法用于測(cè)定不同類型土壤的Ca/Al含量比。采用Ca和Al譜線的Stark展寬機(jī)制來計(jì)算電子密度,利用玻爾茲曼圖法結(jié)合遺傳算法計(jì)算電子溫度。將Saha方程和CF-LIBS方法相結(jié)合計(jì)算不同土壤樣品中的Ca/Al含量比,其計(jì)算結(jié)果和參考值之間建立了較好的一致性,這表明了CF-LIBS可以作為一種定量分析土壤元素含量比的可行方法。最后,一種優(yōu)化校準(zhǔn)的定量分析方法再次測(cè)定了土壤樣品中Ca/Al含量比,該方法稱為OC-LIBS。首先在傳統(tǒng)CF-LIBS的理論基礎(chǔ)上,通過一系列數(shù)學(xué)理論推導(dǎo),得到OC-LIBS方程,再結(jié)合實(shí)驗(yàn)參數(shù)計(jì)算元素含量比。該方法相比于定標(biāo)曲線和化學(xué)計(jì)量學(xué)方法,減小了基體效應(yīng)對(duì)定量分析的影響；相比于傳統(tǒng)的CF-LIBS方法,消除了待測(cè)元素含量與譜線強(qiáng)度之間的指數(shù)關(guān)系,減小了自吸收對(duì)CF-LIBS定量結(jié)果的嚴(yán)重影響；在該方法中,僅需挑選四條分析線,顯著提高了定量分析的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：激光誘導(dǎo)擊穿光譜 定量分析 自由定標(biāo) 遺傳算法 土壤樣品
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O657.319
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-31
• 1.1 激光誘導(dǎo)擊穿光譜的研究背景與應(yīng)用領(lǐng)域10-13
• 1.2 激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)的基本原理13-19
• 1.2.1 激光與物質(zhì)的相互作用13-14
• 1.2.2 激光誘導(dǎo)等離子體的輻射和展寬機(jī)制14-16
• 1.2.3 激光誘導(dǎo)等離子體的局部熱力學(xué)平衡16-17
• 1.2.4 激光誘導(dǎo)等離子體溫度和電子密度的測(cè)量方法17-18
• 1.2.5 譜線自吸收校正方法18-19
• 1.3 CF-LIBS的定量分析方法研究進(jìn)展19-20
• 1.4 本文的研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)框架20-21
• 參考文獻(xiàn)21-31
• 第二章 基于傳統(tǒng)自由定標(biāo)的土壤成分定量方法研究31-43
• 2.1 引言31
• 2.2 CF-LIBS方法描述31-32
• 2.3 實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)樣品32-34
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)裝置32-33
• 2.3.2 實(shí)驗(yàn)樣品33-34
• 2.4 實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化34-36
• 2.4.1 最佳脈沖能量的優(yōu)化34-35
• 2.4.2 最佳延遲時(shí)間的優(yōu)化35-36
• 2.5 定量分析結(jié)果與討論36-41
• 2.5.1 分析線的選擇36-38
• 2.5.2 等離子體溫度的計(jì)算38-41
• 2.5.3 定量結(jié)果41
• 2.6 本章小結(jié)41
• 參考文獻(xiàn)41-43
• 第三章 基于遺傳算法結(jié)合自由定標(biāo)的土壤成分定量方法研究43-54
• 3.1 引言43
• 3.2 IRESCF方法的理論描述43-46
• 3.2.1 自吸收校正模型44
• 3.2.2 基于遺傳算法確定等離子體溫度44-46
• 3.3 結(jié)果與討論46-52
• 3.3.1 內(nèi)參考線的選擇46
• 3.3.2 基于內(nèi)參考線的自吸收效應(yīng)校正46-47
• 3.3.3 基于已知樣品的等離子體溫度計(jì)算47-48
• 3.3.4 未知樣品含量的計(jì)算48-52
• 3.4 本章小結(jié)52
• 參考文獻(xiàn)52-54
• 第四章 基于Saha方程的土壤元素含量比定量方法研究54-61
• 4.1 引言54
• 4.2 原理與計(jì)算方法54-56
• 4.2.1 電子密度和等離子體溫度的確定54-55
• 4.2.2 Ca/Al元素比率計(jì)算55-56
• 4.3 結(jié)果與討論56-59
• 4.3.1 等離子體特征56-57
• 4.3.2 計(jì)算未知樣品的Ca/Al含量比57-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 參考文獻(xiàn)60-61
• 第五章 基于優(yōu)化校準(zhǔn)的土壤元素含量比定量方法研究61-68
• 5.1 引言61
• 5.2 原理和方法61-63
• 5.3 OC-LIBS方程63-64
• 5.4 參數(shù)優(yōu)化和分析線選擇64
• 5.5 結(jié)果與討論64-66
• 5.5.1 數(shù)據(jù)處理64-65
• 5.5.2 計(jì)算結(jié)果與討論65-66
• 5.6 本章小結(jié)66
• 參考文獻(xiàn)66-68
• 結(jié)論與展望68-70
• 1. 全文總結(jié)68-69
• 2. 下一步工作展望69-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果70-71
• 致謝71-72

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1 周南;周亢;丁圭吉;;關(guān)于激光誘導(dǎo)裂析譜專題的歐洲-地中海會(huì)議2007(Ⅱ)[J];分析試驗(yàn)室;2009年09期

2 查新未,李衛(wèi)紅,付克德,李祥生;激光誘導(dǎo)中草藥熒光的觀察[J];量子電子學(xué);1988年01期

3 周政卓,邱明新,黃賽棠,畢琦秀,顧加O，

本文編號(hào)：727281