第32卷，第1期 2012年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and SpectralAnalysis
激光诱导击穿光谱元素谱线自动识别方法研究
Vol.32,No.1,pp20-24
January，2012
刘立拓，刘建国，赵南京，，鲁翠萍，陈东，石焕，王春龙，张玉钧，刘文清
中国科学院环境光学与技术重点实验室，中国科学院安徽光学精密机械研究所，安徽合肥230031
验光谱进行对比，在对比分析中引人相似性测度，得到模拟光谱和实验光谱的相似程度。对元素谱线的自动归属识别方法进行分析和研究，通过相似性计算对土壤样品340～345nm波段光谱进行了识别分析，利用最小二乘原理计算各谱线之间的比例系数，实现了光谱识别，实验结果验证了基于相似性测度的光谱识别方法的可行性及其自动识别的优越性。
关键词激光诱导击穿光谱；模拟光谱；相似性测度；谱线识别；谱谐线展宽
文献标识码：A
中图分类号：O433.5；O241.5
引言
激光诱导击穿光谱技术（LIBS)是当前探测物质成分信息的一项新技术，具有实时、快速、原位检测等特点。随者激光技术的飞速发展，LIBS技术正逐渐走向成熟，并在各个领域开展了广泛的研究，正发展成为一种极具应用前景的物质成分检测技术[1-4]
激光激发产生的等离子体包含大量的联迁谱线，尤其在物质成分比较复杂、元素种类比较累多的情况下，谱线之间相互重叠干扰，物质成分的鉴定以及谱线的归属识别就变得比较困难，虽然目前LIBS实验采用分辨率较高的光栅光谱仪，其光栅分辨率能够达到0.1nm甚至更高，但光谱仪仍然存在“波长准确度”问题，面“波长准确度”问题的存在是由于光橱光谱仪的工作性质和基于标准灯谱线的波长校准方法[5-7]决定的，这就导致在实验波长峰位入士的-~个小范围内的谱线峰位都有可能是波长真实值。目前，在LIBS谱线识别过程中，大部分研究者是通过经验对谱线直接进行归属，并没有给出识别的方法；有些研究者研究了一些识别方法，其中，RobertJNordstrom等(*利用NIST标准光谱数据库绘制模拟图，并与LIBS实验数据图进行观察对比的方法分别对空气中的N和O的原子态和第一离子态谱线进行了识别；谢承利等在煤质LIBS检测过程中，对谱线归属进行了总结，在综合考虑谱线跃迁概率、等离子体演化特性
收稿日期：2011-04-02，修订日期：2011-07-28
DOI: 10. 3964/j. issn. 10000593(2012)01-002005
以及谱线族谱线协同存在性的基础上，优先考患NIST标准谱线库中强度比较大的谱线的方法对谱线进行归属识别；并洪兴等[]提出了基于标准样品原子谱线的元索识别方法，即在探测未知元素之前对一组高浓度、已知组分的标准样品进行LIBS测量，然后再与未知样品的LIBS实验数据对比分析实现元素识别。这些根据NIST数据库标准谱线或根据已知组分标准样品进行对比分析的方法共同之处都是利用人眼观测对比相似性，而并没有给出一个相似性程度指标，在识别过程中就要依赖人眼判读这一过程，导致一方面使识别不能充分利用计算机的快速自动化、智能化判读；另一方面随着样品组分复杂度的提高，人眼观测会变得越来越困难。本文对土壤样品的LIBS光谱进行了实验测量，根据NIST光谱数据库中不同元素的相关参数计算得到模拟光谱，在与 LIBS实验测量光谱对比分析的过程中引人相似性测度，以二者的相似性程度数学指标来进行识别，并以最小二乘原理计算得到各谱线之间的比例关系，有效地实现了谱线的快速、自动识别。
实验装置
实验系统如图1所示，采用Nd：YAG波长1064nm激光器，脉宽为6ns，脉冲重复频率为1～20Hz，脉冲能量50 mJ；光谱仪（OceanopticsHR2000十）测量波长范围：300~ 500nm，分辨率0.1nm，两个聚焦镜均为石英透镜，样品台
基金项目：国家自然科学基金项日（60908018)，国家重大科技专项（2008ZX07527，2009ZX07420），中国科学院知识创新工程重大项目
(kzcx-1yw06-01)和安徽省科技计划项目(083H3b1581)资助
作者简介：刘立拓，1982年生，中国科学院安徽光学精密机械研究所博士研究生
*通讯联系人
万方数据
e-mail;njzhao@aiofm ac.cn
e-mail, Ituoliu@aiofm, ac, cn