第36卷，第7期 2016年7月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral A nalysis
Vol. 36,No. 7 ;pp2249-2254
July,2016
基于激光透导击穿光谱的化验室水泥质量检测设备研制
郭锐，张雷，樊娟娟”，张向杰”，李逸
1.山西农业大学文理学院，山西太谷030801 2山西大学激光光谱研究所，山西太原030006 3太原紫晶科技有限公司，山西太原030006
4.山西中条山新型建材有限公司，山西临汾041000
摘要研制了一套基于激光诱导击穿光谱(LIBS)的化验室水泥质量检测设备，可对水泥生熟料成分及率值进行快速检测。对该设备的总体结构、光学系统、样本制备、光谱处理方法等几方面进行了介绍。通过内标法建立定标模型，将LIBS测量结果与X射线荧光光谱分析(XRF)结果进行了对比分析，该套LIBS设备对水泥生熟料中Ca0，Si02，A0：和Fe0：测量的平均绝对误差分别为0.46%，0.25/，0.13%和 0.05%，对水泥熟料率值KH，SM，IM测量的平均绝对误差分别为0.02，0.05和0.04，通过计算激发产生
的等离子体温度和电子密度，验证了激光诱导水泥等离子体处于局部热平衡(LTE)态。关键调激光诱导击穿光谱；水泥生熟料，平均绝对误差；率值；局部热平衡态
中图分类号：TN205
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964/j. issn, 1000-0593 (2016 )07-2249-06
冶金、生物医学等诸多领域-)。在LIBS混凝土检测方面， Gondal等采用双脉冲LIBS系统对混凝土中的硫元素进行了检测，所采用谱线为S（I）545.38nm，最小可探测限
水泥作为国家经济建设的重要基础性材料，被广泛应用于住宅、道路、桥粟、水利等诸多建筑工程中。水泥质量的优劣不仅影响着建筑工程的安全，也与人民群众的生命财产和国家的经济发展密切相关。为了保证水泥材料的高质量，同时最大程度地提高成本效益，就必须能够快速准确地分析出水泥中的生熟料成分(CaO，SiO2，ALO:，FeO:)及熟料率值（KH，SM，IM）。传统的水泥质量检测方法为化学分析方法（国家标准GB/T176—2008），但由于耗时较长（～3h），难以及时指导原料配比调整；X射线荧光光谱分析法（X-ray fluorescence，XRF）能够对水泥成分进行快速分析（～7 min），目前已经广泛地应用于水泥工业中)，但该设备不仅会产生对人体有辐射危害的X射线，而且对样品的表面光洁度和环境温湿度要求极高。因此，有必要开发一种新型安全快速的水泥质量检测技术，
激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectrosco Py，LIBS>作为一种新兴的定量分析方法，具有多元素同步分析、测量速度快、远距离非接触、安全无辐射等特点。目前，国际上已经将该技术广泛应用于环境保护、地质、考古、
收稿日期：2015-05-22，修订日期：2015-09-16
(limit of detection, LOD)为 38. 5 mg · L; Labutin 等[01采用双脉冲LIBS系统和谱线归一化处理方法对混凝土中的氯、硫和碳等元素含量进行了检测，LOD值满足行业标准要求。在LIBS水泥检测方面，Gehlen等使用LIBS技术对水泥中的氯元素进行了定量分析，所采用的氯元素谱线为C1（I）134.72nm，所获氯元素检测的LOD值为0.1%；Man-s0ori等21利用LIBS对水泥料中的Ca，Si，Mg，A1，Na，Ti 等元素含量进行了检测，所获定标曲线的线性拟合度大于 0.96，LOD值小于40mg·L-1。经过国内外检索，未发现有可对水泥料成分及率值进行定量分析的LIBS成套设备出现。
基于前期对LIBS技术的理论和实验研究]，研制了基于LIBS技术的水泥质量检测设备，通过对水泥中元素发射光谱的分析即可确定水泥中主要元素氧化物的含量，从而实现对水泥生熟料成分及熟料率值的快速检测。
设备介绍 1.1总体设计
基金项目：国家白然科学基金项目(61475093，61205216，61378047），国家科技支撑计划项目（2013BAC14B01)和山西省青年科学基金项目
(2013021004-1)资助
作者简介：郭锐，1979年生，山西农业大学文理学院副教投
e-mail ; 37420454@ qq-com