ICP—AES中光谱干扰的计算机模拟：Ⅰ.基本原理

在ICP-AES中,光谱干扰一直是分析者试图克服的主要问题之一,其中较为明显的是光谱线重叠干扰。此类干扰导致分析选择性差、检出限升高。因此在对复杂基体或含有富线主成份的样品进行分析时应充分考虑光谱线重叠的可能性。谱线重叠主要包括直接重叠及分析线附近强线变宽导致的线翼重叠。在以往的光谱分析中,判断某一分析线是否受到谱线干扰主要有两种途径,一是     

ICP-AES中光谱干扰及其校正方法的研究

在ICP-AES分析中,光谱干扰现象构成分析误差。本文在充分了解光谱干扰产生的机理的基础上,根据光谱学原理,运用数学计算方法,并借助计算机技术,提出以谱峰分离的拟合方法扣除谱线重叠干扰。大量模拟实验的结果表明,此方法可以定量地对这类干扰进行扣除且效果显著。     

自模型曲线分辨法校正ICP-AES中谱线重叠干扰——测量误差对结果的影响

本文将自模型曲线分辨方法(SMCR)应用于ICP-AES谱线重叠光谱干扰的校正,并就测量误差对重叠光谱解析结果的影响作了详细的研究和讨论。两谱线的重叠程度越大,随机误差对光谱干扰校正的影响越大。对测量数据作平滑处理。可以减小数据随机误差对结果的影响,但平滑次数增加,将导致光谱图变形,使干扰校正结果产生较大的误差。数据的平滑不能减小光谱偏离加和性的误差。本工作对两条光谱重叠的情况作了讨论,并取得了较好的结果,表明SMCR法是校正ICP-AES中重叠谱线干扰的一种简便、快速的方法。     

粒子群和GMM-SDR模型在重叠谱峰解析中的应用

针对X光谱分析研究中经常遇到的谱峰重叠问题,提出了一种基于标准差关联的高斯混合模型(GMM-SDR)和粒子群算法的重叠谱峰解析方法。首先,介绍了重叠峰的GMM-SDR模型,并以GMM-SDR参数构成粒子位置,给出了粒子目标函数及适应度值的快速算法;然后,利用粒子群算法的群体搜索能力,以搜索最优GMM-SDR模型,进而实现重叠峰的分解。初始值采用随机设定,将测量的所有随机数据作为一个整体,以其对模型的概率匹配程度作为适应度值,故该方法避免了初值设定不当带来的局部收敛问题,克服了传统曲线拟合方法对原始有用数据的破坏,所搜索到的模型是一个全局最优解。通过对四个及以下重叠谱峰的分解表明,该方法分解精度较高,其中,两峰重叠谱分解后的峰位、峰面积及标准差最大相对误差分别为0.4%,0.05%和2.07%,三峰重叠谱分解后的峰位、峰面积及标准差最大相对误差分别为1.2%,0.04%和0.74%,可适用于各种严重重叠谱峰的分解。     

高分辨率光谱分析金属钌中的锇

钌和锇是铂系金属中的两个经常共存的元素。在纯钌的分析方法中,未见发射光谱法分析钌中锇的文献报道。其主要原因是:锇的分析线全都受到基体钌谱线的重叠而无法采用,表1列出锇分析线受钉基体线光谱干扰的数据。     

基于改进正弦余弦算法的光谱特征峰定位方法

针对目前光谱特征峰识别定位技术识别率低、定位误差大、无法获得光谱线型函数等问题,提出了一种基于改进正弦余弦算法的光谱特征峰识别定位方法。该方法利用动态转换概率改进正弦余弦算法,将改进的正弦余弦算法与多种光谱线型(高斯、洛伦兹和Voigt)拟合方法相结合,通过迭代寻优计算,最终得到对应的光谱特征峰位置。该方法不仅能得到光谱特征峰的位置,而且可以得到光谱线型函数。实验证明,无论强峰、弱峰还是重叠峰,提出的基于改进正弦余弦算法的光谱特征峰识别定位方法在识别率、定位准确率、谱值拟合效果和对噪声的抑制能力等方面均有显著提高。     

高纯氧化钇中镧、铈、钐、铝、铅和铜的电感耦合等离子体原子发射光谱法测定

本文以纯Y_2O_3中杂质元素的ICP-AES测定为例,研究用数值微分技术解决光谱干扰同题。结果表明,导数光谱法不仅可以有效地消除来自基体的光谱干扰,还能减小谱线干扰对检测能力的影响。当分析物浓度较低时,导数光谱法的加入回收率明显优于离峰分析法,多数情况下也优于在峰法校正光谱干扰时的回收率。     

ICP-AES中的光谱干扰及其模拟

ICP-AES中的发射谱线很多,因此它们相互间的光谱干扰可能成为分析工作者十分恼头的事,特别是当其不得不去分析富铁或稀土材料等样品时,则更是如此。根据波长表确定发射线间的波长差与光谱仪的分辨能力相比已“足够大”从而选定无干扰分析线是一种费时的办法。而且“足够大”的程度也有点不充分,因为如果干扰线的振子强度或干扰元素的浓度要比待测物大得多的话,谱线的侧翼就可能使距干扰线“足够远”的分析线的背景提高。用测量实际光谱的办法可以很容易地验证这一点。但是如果样品量很少,就不可能用它来作此试验。这时进行模拟就有其重要意义。ICP-AES的光谱轮廓可以近似地用高斯轮廓加以表述,因为其宽度主要由多普勒效应确定:式中,λ_0~i和Δλ_(1/2)~i分別为发射谱线i的波长及其半峰高处的宽度。     

基于DE算法和NURBS曲线的ICP-AES光谱基线校正方法研究

电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)分析法是一种常用的溶液元素浓度分析方法,但在ICP-AES测量过程中,由于温度漂移、杂散光和仪器暗电流等原因,光谱往往会存在一定程度的基线漂移,导致元素光谱强度值的测量结果存在误差,进而影响元素浓度的定量分析结果,因此基线校正是ICP-AES分析法中的必要环节之一。对传统光谱基线校正方法进行简要分析,在此基础上设计了一种基于非均匀B样条曲线和差分进化算法的ICP-AES光谱基线漂移校正方法;首先验证了光谱信号中噪声的概率密度分布服从高斯分布,然后对原始光谱进行预处理,通过高斯滤波对光谱信号去噪;然后以光谱基线校正过程中极小值序列的标准偏差作为评价指标,以非均匀B样条曲线作为基线模型,以曲线的控制点序列C和内接点序列T作为评价函数特征参数,建立ICP-AES光谱基线校正评价函数,将光谱基线校正问题转换为求解评价函数特征参数全局最优解的问题;最后简要介绍了差分进化算法的流程,通过差分进化算法求解使得评价函数取得最小值时的特征参数的全局最优解,即非均匀B样条曲线的控制点序列C与内接点序列T的取值,并以此拟合相应的非均匀B样条曲线作为光谱基线,实现...     

ICP-AES法测定镍基高温合金中16个元素的方法研究

该方法采用ICP-AES法对镍基高温合金中16个元素进行了测定,系统研究了基体元素和共存元素对分析元素谱线的光谱干扰情况,进行了分析线的选择,测定了方法检出限,通过准确度试验和精密度试验,表明该方法准确、可靠、简便、快速。     

多元线性回归提高激光诱导荧光辅助激光诱导击穿光谱技术的准确度

冶金、核工业、污染检测和环境监测等领域对元素分析的需求是必不可少.激光诱导击穿光谱技术作为一种新型的原子光谱分析技术,具有实时快速、对样品几乎无损、可多元素同时分析等特点,因此一直受到广泛的关注.但其分析灵敏度较差的缺点一直限制着该技术的发展.激光诱导荧光辅助激光诱导激光光谱技术能够通过激光共振激发提高分析灵敏度并高效...     

变压器油中溶解气体拉曼光谱检测及其光谱线型模型分析

拉曼光谱气体检测技术能利用单一波长的激光对气体样品进行无接触、无损耗检测,适用于油浸式变压器油中溶解气体检测。结合拉曼光谱检测机理,分析了拉曼光谱谱线特征,建立了由洛仑兹函数与高斯函数卷积表示的拉曼光谱Voigt线型模型,其表现出较好的拉曼谱峰线型轮廓基本特征。以谱峰高、中心位置、半峰全宽等为代表的拉曼谱峰线型轮廓基本特征是寻峰的主要目标,其根本目的在获取样本定性及定量检测分析依据。故针对拉曼光谱实验数据设计了基于比较法的自动寻峰模型以实现检测目标。对引入到Voigt线型模型中的寻峰模型进行的模拟实验结果表明,模拟中谱峰高、中心位置等数据均与模型输出数据相吻合。依托实验室构建的变压器油中溶解气体拉曼光谱检测平台,分析检测实验数据表明,Voigt线型模型中半峰全宽参数实际取值区间为(8.7,11.5)(cm-1),模型与其存在偏差。修正该参数取值为10.257 cm-1,并对比研究表明：修正后的Voigt线型模型及寻峰模型具有更好的适应性及实用性。结合实验平台的拉曼光谱气体检测数据的寻峰结果,有效地完成了七种变压器故障特征气体的检测及分析。针对甲烷气体,获得单位气体含量、拉曼特征峰强度与面积三者之间的线性关系,为变压器油中溶解气体拉曼光谱检测定量分析奠定基础。     

基于Voigt线型的尿液中芬太尼类表面增强拉曼光谱解析

在全球范围内频繁发生芬太尼类物质滥用与致死案件,人体中芬太尼类物质的检测与识别愈发重要。芬太尼类物质在经过人体一段时间后,仍有一部分原体随着尿液排出,因此可通过检测尿液中芬太尼类物质反映其毒品滥用史。表面增强拉曼光谱(SERS)具有快速、高灵敏、易操作等特点,适合尿液中芬太尼类物质的现场检测与分析。但尿液中尿素等物质的背景峰与芬太尼类物质SERS特征峰高度重合,芬太尼类物质特征峰被尿液背景峰所掩盖,这对尿液中芬太尼类的光谱识别造成了很大的干扰。结合Voigt线型建立谱峰解析模型,对尿液与芬太尼类物质重叠部分进行谱峰分析。针对SERS光谱噪声与荧光等因素对谱峰解析模型的干扰,采用无约束Nelder-Mead算法对模型进行优化与计算,利用该算法对迭代参数初始值不敏感的特点,提高谱峰解析模型的准确度。根据SERS光谱半峰宽的特征对解析峰集合进行筛选,对SERS光谱的尿液背景峰进行扣除,以还原芬太尼类SERS光谱1 000与1 030 cm^-1处谱峰特征。实验结果与现象表明,利用Voigt线型建立的谱峰解析模型对尿液中芬太尼类SERS光谱拟合度均达到99%以上,能够通过解...     

遗传算法优化变分模态分解提取舰船辐射噪声特征线谱方法

特征线谱提取是舰船目标识别的一个重要研究环节,常采用传统的DEMON谱分析方法,处理过程中,一般对舰船噪声时域信号未予抑噪,低信噪比情况下,传统DEMON谱分析性能差。对此,提出一种采用遗传算法优化变分模态分解方法,用于分解舰船噪声原时域信号,获得抑制噪声后的舰船噪声重构信号,进而有效提取了舰船目标噪声幅度调制特征线谱。该方法首先采用遗传算法优化变分模态分解的两个关键输入参数(分解所取模态个数和惩罚因子),对变分模态分解得到的各阶固有模态分量加以判别,去除噪声主导分量,保留信号主导分量,使重构舰船噪声信号显著抑制了干扰噪声,然后对降噪后的重构信号进行频谱分析,获得目标噪声调制特征线谱。理论分析、仿真和实验数据处理结果表明,相比传统DEMON谱分析法,基于遗传算法优化变分模态分解的舰船噪声特征线谱提取方法具有更好的噪声抑制能力,所获取的舰船噪声幅度调制特征线谱信噪比明显高于传统DEMON方法,具有一定优势,前景良好。     

ICP—AES光谱模拟和谱线选择

本文采用Ｖｏｉｇｔ线形函数对ＩＣＰ－ＡＥＳ中谱线重叠和结构背景的干扰作了模拟。结果表明，模拟的光谱与实测的光谱基本一致，因而利用模拟光谱对谱线选择具有一定的指导意义。     

基于HITRAN数据库的深海甲烷辐射光谱仿真研究

研发能够精确、实时、原位获取热液甲烷数据的深海甲烷传感器对深海研究具有非常重要的意义。前期研制的两款深海甲烷光学成像干涉系统,均利用甲烷辐射光谱开展甲烷状态参数探测和反演。首先,以分子光谱辐射理论为基础,建立了分子辐射光谱与浓度、温度、压强的理论关系式,结合深海高压环境特点,建立了基于Lorentz线型的深海分子辐射模型,该模型为利用光谱法定量反演分子浓度、温度、压强等状态参数提供理论依据,同时为深海分子光谱仿真提供有力工具。接着,借助HITRAN分子光谱数据库提供的分子基本谱线参数,挑选出甲烷成像干涉系统的光源谱线。对比CH₄分子与CO₂, H₂S, H₂O等分子的特征吸收谱线,在5 990～6 150 cm-1波段范围内,CH₄谱线强度比CO₂, H₂S, H₂O等三种干扰分子的谱线强度约高2～3个数量级,且此波段内甲烷六条有效谱线分布均匀,谱线间距皆约为2～3 nm,非常适合采用光谱法进行分子状态参数探测,因此选择谱线干扰较弱、谱线分布均匀、谱线间距适中的甲烷六条谱线(1 640.37, 1 642.91, 1 645.56, 1 648.23, 1 650.96和1 653.72 nm)作为甲烷成像干涉探测系统的目标光源谱线。最后,基于深海分子辐射模型和HITRAN数据库的甲烷分子基本谱线参数,人工合成了甲烷任意浓度,任意温度和任意压强的辐射光谱数据,并分析了甲烷辐射光谱随浓度、温度和压强的变化特征。对于单一中心谱线,甲烷分子辐亮度随着浓度的升高而线性增大,随着温度的升高而非线性增大,随着压强的升高而非线性减小。对于全波段谱线,甲烷辐射光谱的全线宽随着浓度、温度的升高而变宽,随着压强的升高而变窄。建立的深海甲烷辐射光谱理论和仿真分析结果,可以为基于光谱法的海洋原位甲烷传感器的研制和数据反演提供数据支撑和理论依据。     

Radiation trapping in atomic absorption spectroscopy at lead determination in different matricies

The determination of lead by flame atomic absorption analysis in the presence of Sn and Fe atoms and different matrices such as OH and SO₃ was investigated with the objective of understanding the spectral interference processes at the analytical lines 283.31 nm for a wide range of concentration.The radiation trapping factor was interpreted and evaluated assuming Voigt distribution of the atomic and rotational lines in the flame. The radiation trapping factor was increased by increasing the number density (plasma of the absorbing medium is optically thick). In plasma, there is a certain point of equilibrium between the trapping and the escaping of radiation, which is relevant to 50% of absorption.The spectral background interference can cause a variation of the number density at equilibrium point as a result of the degree of overlap with the analytical line.The spectral background interference can be easily avoided by using another resonance absorption line for the analysis. The chemical modification of the matrix is applied to minimize the interference effect. Nitric acid, ammonium nitrate and magnesium nitrate are most commonly recommended as matrix modifiers.     

Voigt线型两翼拟合非均匀流场吸光度的方法研究

在吸收光谱领域特别是可调谐半导体激光直接吸收光谱(dTDLAS)技术中, 需要精确测量吸收光谱的积分吸光度值以精确反演出流场温度、组分浓度等参数。对于非均匀流场,单光路吸收光谱测量时,由于沿测量路径的谱线展宽随流场状态的变化而变化,见诸文献的研究主要采用Voigt或Lorentz线型对吸光度曲线拟合处理或直接对吸光度曲线数值积分获取积分吸光度值,针对方法可能引入的误差进行了模拟分析,并提出Voigt线型两翼拟合吸光度的方法来获取吸收光谱的积分吸光度值,以减小拟合误差。采用流场测量中常用的H₂O作为目标气体,选取了8条具有不同低态能级的吸收线,以实验室平焰炉为原型建立两种非均匀流场模型,并通过分段法对流场非均匀性进行等效处理。分别采用Voigt线型拟合法、数值积分法和Voigt线型两翼拟合法模拟计算两模型的积分吸光度值,通过与理论积分吸光度值对比得出各方法的误差大小,从而确定出在不同的非均匀流场情况下相适应的积分吸光度值获取方法。