第30卷：第12期 2010年12月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.30.No.12,pp3186-3190
December,2010
采用激光诱导击穿光谱技术测定合金钢中锰和硅的含量
孙兰香1，2，于海斌'，辛勇"，丛智博
1.中国科学院沈阳自动化研究所工业信息学重点实骏室，辽宁沈阳110016 2.中国科学院研究生院，北京100049
摘要基于激光诱导击穿光谱(LIBS)技术定量分析多品种合金钢中锰(Mn)和硅(Si)的浓度，采用的校正方法为多元二次非线性函数定标方法。分析的钢种有普通合金钢、不锈钢、碳素工具钢等。由于不同钢种在基体组成上存在较大差异，而且钢的光谱还存在复杂的谱线重叠干扰，所以受基体效应影响严重。因此，对钢这类复杂化学体系物质的定量分析，若采用单谱线信息的校正方法公造成很多用信息的丢失，面采用多变量的定标法会更充分利用光谱中的信息，更有效校正多基体组分的基体效应，进而提高LIBS定量分析的重复性和准确性。相比线性标准定标曲线法，测量结果的相对标准差从20%以上降低到10%以下，Mn元素测量结果的准确度提高了5借多，Si元素提商了6借多。
关键词激光诱导击穿光谱：基体效应；多元二次非线性函数；合金钢
中图分类号：O433.5+4;TN247
引言
文献标识码：A
钢铁冶炼过程中对物料和产品化学组成的测量是质量控制和冶炼终点预报的重要环节。常规的测量方法有X射线荧光光谱法、火花光电发射光谱分析和原子吸收光讲分析等。这些检测方法都需要对样品进行复杂的制样过程，例如切割、研册、揽光等过程，因此大款时间花费在制样上"。
激光诱导击穿光谱（laser-inducedbreakdownspectrosco Py，LIBS)是一种利用激光激发等离子体，再利用等离子体的发射光谱分析物质化学组成的分析技术，由于其不需要复杂的样品制备过程，对固体、液体、气体都可以分析，因此获得越来越多的关注[3-7]。由于LIBS的这些特点，采用LIBS 技术可以对取样样品直接分析，甚至可以对液态钢进行在线分析，不仪能够缩短检测时间，而且在质量控制和冶炼工艺改进上都将起到重要的推动作用*10]。
当不同品种的合金钢混杂在一起进行定量分析时，由于基体效应影响严重，普通定标曲线很难满足分析需要，面采用多元定标模型是补偿基体效应的有效方法[1I-13]。Laville 等川在分析多基体组成的矿物质时，利用多元二次非线性函数模型建立了谱线强度与元索含量间的关系，提高了定标模型的相关性。本文采用LIBS技术并结合多元二次非线性函数模型对多基体合金钢中的Mn和Si进行定量分析，并与
收稿日期：2010-02-12，修订日期：2010-05-16
DOI; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2010)12-3186-05
普通的标准定标曲线法进行了对比研究。 1方法描述
假设用于定标的样品数为n，观察的波长数为m，需要测量的组分数为P，对于某元素的浓度与光谱强度间的多元二次非线性模型为
[c,] = bo, ; +
C(br.,[I]+bw,[,*)+[e,]
(1)
式中，[c,］为元素(j=1，2，，p)的浓度向量或归一化的浓度向量，维数为n；b为非线性多元回归方程系数；[1,] 为光谱线i(i=1，2，，m）的强度向量或归一化的强度向量，维数为；[e,］为服从正态分布的随机误差向量，维数为 n。式(1)的矩阵形式为
[,] = U[B,] +[e,]
(2)
式中，U为包含光谱信号的矩阵，维数为nX（2m十1)；[B,］为回归方程末未知参数向量。U和[B,]定义如下
(1I...lh..(Hh..).(h..)
U=
1 1
I...I.(I..)2
2.(..)2
(a.,)t
I.
I
基金项目：国家(863计划)项目(2009AA04Z160)和中国科学院知识创新T.程重要方向项目(KGCX2-YW-126)资助
作者简介：孙兰香，女，1980年生，中国科学院沈阳自动化研究所助理研究员万方数据
e-mail;sunlanxiang@sia, cn
(I,)2