[發明專利]激光誘導擊穿光譜真假信號分辨數據分析方法

有效

• 申請號: 202010022156.5
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111189817B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 王祥麗;高智星;許小明;柏磊;程毅梅
• 申請（專利權）人: 中國原子能科學研究院
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G06F17/17
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

本發明涉及一種激光誘導擊穿光譜真假信號分辨數據分析方法，首先分別對本底信號和待測樣品信號進行若干次重復測量，得到本底光譜數據和待測樣品光譜數據，然后利用t檢驗法比較待測樣品的測定結果的平均值與不存在標準試樣的本底測量平均值之間是否存在顯著性差異，如果存在顯著性差異，則確定測得的信號值為樣品信號，反之則為非有效信號。本發明通過將數理統計中的顯著性檢驗與激光誘導擊穿光譜技術相結合，顯著提高測量數據的可信度，并且算法簡便，無需復雜的程序，提高了數據處理效率。

技術領域

本發明屬于光譜測量及分析技術，具體涉及一種激光誘導擊穿光譜真假信號分辨數據分析方法。

背景技術

激光誘導擊穿光譜(LIBS)是一種應用廣泛的元素分析技術，通過利用激光與待測物表面少量樣品的相互作用，使樣品元素受到激發后發生原子化生成等離子體，在等離子體退激的過程中，待測元素將發射出特征光譜，連接光譜儀后對特征光譜信號進行分析，即可得出待測物中的元素信息。

LIBS因具有操作簡便、快速、無需樣品預處理、接近無損分析的特征，從上世紀70年代起受到關注，并在多個領域得到應用。進入21世紀，美國發射出的勇氣號火星探測器因裝備有LIBS檢測裝置，并成功探測到火星表面下覆蓋冰層，說明了LIBS是一項極具潛力且定性探測能力較強的儀器分析技術。

但經過深入研究對比，LIBS在定量分析中具有明顯弱勢，主要在于檢測下限無法滿足需求，其中一項重要原因是測量時本底較高，無法分辨出真信號，因而難以進行下一步的數據處理。

根據國內外研究，LIBS的數據分析算法主要依靠測量數據信背比的計算來甄別真假信號，而當本底較強時，測量所得計數因無法滿足較高的信背比，數據分析的準確性也隨之受到影響。在此情況下，LIBS測量的重復性和穩定性一般用特征信號的相對標準偏差(RSD)來衡量，而當RSD數值較高時，LIBS測量的準確性會受到嚴重質疑。

在分析工作中，常常會遇到這樣一些問題，如對標準試樣或純物質進行測定時，所得到的平均值與標準值的比較問題。不同分析人員、不同實驗室和采用不同分析方法對同一試樣進行分析時，兩組分析結果的平均值之間的比較問題。革新、改造生產工藝后的產品分析指標與原指標的比較問題等。由于測量都有誤差存在，數據之間存在的差異是由隨機誤差引起的，還是由系統誤差引起的，若是前者，說明兩者無顯著性差異，在本質上并無不同，若是后者，說明比較的二者存在顯著性差異，即認為它們之間有明顯的區別。該類分析方法被稱為顯著性檢驗方法，t檢驗法是其中常用的顯著性檢驗方法。

發明內容

本發明的目的是針對現有的激光誘導擊穿光譜數據分析技術在測量本底較高時，難以分辨出真假信號，無法確定數據可信性的缺點，提供一種新的激光誘導擊穿光譜真假信號分辨數據分析方法，從而提高測量數據的可信度。

本發明的技術方案如下：一種激光誘導擊穿光譜真假信號分辨數據分析方法，首先分別對本底信號和待測樣品信號進行若干次重復測量，得到本底光譜數據和待測樣品光譜數據，然后利用t檢驗法比較待測樣品的測定結果的平均值與不存在標準試樣的本底測量平均值之間是否存在顯著性差異，如果存在顯著性差異，則確定測得的信號值為樣品信號，反之則為非有效信號。

進一步，如上所述的激光誘導擊穿光譜真假信號分辨數據分析方法，其中，所述的本底信號和待測樣品信號的測量次數不小于20次。

進一步，如上所述的激光誘導擊穿光譜真假信號分辨數據分析方法，其中，確定是否存在所述顯著性差異的方法可以為，將測量得到的待測樣品信號與本底信號進行顯著性檢驗計算，得到t檢驗值，通過t檢驗顯著性水平對照表查找比較計算值是否大于對應置信區間的t值。

更進一步，查表時所述的對應置信區間為90％。