第32卷，第1期 2012年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
空气环境下基于LIBS煤中氧含量分析研究尹王保，张雷“，王乐，董磊，马维光，贾锁堂山西大学物理电子工程学院量子光学与光量子器件国家重点实验室，山西太原030006
Vol. 32,No. 1,pp200-203
January,2012
摘要给出了在空气环境下基于LIBS(激光诱导击穿光谱)技术的煤中有机氧含量的定量分析技术和方法。通过激光激发煤样品获得等离子体荧光谱，结合内标法、温度校正法、多线法等措施实现了对煤样品中氧含量的精确测量，其测量精度不低于1.37%，满足了燃煤电厂对煤质的分析要求。这种方法可在地矿、环
保、医药、材料、考古、食品安全、生化及冶金等领域推广应用。关键调激光诱导击穿光谱，煤质分析，煤中氧含量
中图分类号：TN204；TH744.1
引言
文献标识码：A
煤质分析在燃煤电厂控制燃烧中具有重要意义，煤中氧含量（主要指有机氧测量精度是决定煤中挥发份精度的关键指标，直接影响锅炉的燃烧效率。由于煤中空气氧的影响，在利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对煤中氧含量进行快速准确的分析是个难题。
目前对煤中氧进行定量分析的报道主要有，美国德克萨斯大学的Hannan等[门利用14MeV的快中子活化分析仪(FANN)在He气中分别对煤样、沥青、沥青砂、原油中的氧含量进行了定量分析，测量的相对误差为士1.2%；美国堪萨斯州州立大学的Brown等[利用气体注射进样式电感耦合等离子体光谱仪(GC-ICP)在Ar气中对化学性质非常稳定的气体及有机挥发性液体中的氧含量进行了测量，测量的相对误差达到了士2%；美国佛罗里达大学的Tran等(3利用意光检测技术在Ar气中对有机粉末中C，H，N和O这四种元索的含量比进行了测定，测量的相对误差为2%～3%。上述报道所述方法都需在情性气体环境下进行，以避免空气中氧气对被测物质中氧含量测量结果的影响，而且测试成本较高，测试复杂，在实际工业应用中难以实现或不便于工业应用。
在空气环境下，我们利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术进行煤质在线分析研究时，通过激光激发煤样品获得等离子体荧光谱，结合内标法、温度校正法、多线法对煤样品中氧
收稿日期：2010-10-19，修订日期：2011-04-11
DOI: 10. 3964/j. issn.1000-0593(2012)01-0200-04
含量的精确测量进行理论与实验研究。其测量精度不低于 1.37%，满足了燃煤电厂对煤质的分析要求。
定量分析原理 1
为了达到在空气环境下利用LIBS技术实现煤中氧含量的精确定量分析，这里所采用的步骤是，首先获得煤中全氧含量，之后求得煤中无机氧含量，最终通过求煤中全氧与无机氧含量的差来获得有机氧的含量。
煤中氮含量（（N））通常都在1%以下，远远小于空气中的氮含量（（N%）%78%），因此可被忽略。同时，当不改变实验条件时，样品表面等离子体中所包含被激发的空气中 N和O的数量是保持恒定的（即（N)和（No)为常数)4]。利用元索的原子数密度比值与对应元索的发射谱线成正比的原理，煤中的全氧含量(Co)，可按下式得到
oNo(NN+
g（N)e
I 0°N(N)+(N)d
ee(No)at8(Co)
00 (N%)
(NN)air
(1)
式中：Io和IN分别为被测煤样品中氧元素、氮元素谱线发光强度；（No)和(N）分别为被测煤样品中空气中的氧、氮原子数；（No）l和（N）分别为被测煤样品中煤中的氧、氮原子数。
从式(1)中可以看出，只要获得谱线强度比例Io/I与就可获得煤样品的全氧含量(Co)，。
（096900）（900090600）
(60908019)，国家质检公益性行业科研专项(200810002)和山西省青年基金项目（2010021003-3)资助
作者简介：尹王保，1965年生，山西大学物理电子工程学院副教授
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