[發(fā)明專利]基于CNN模型的待測(cè)元素含量LIBS測(cè)量方法、系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010710932.0
• 申請(qǐng)日: 2020-07-22
• 公開（公告）號(hào): CN112051256B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱振利;邢鵬舉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): G01N21/71
• 分類號(hào): G01N21/71;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京瀚仁知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11482
• 代理人: 宋寶庫;郭婷

本發(fā)明提供了一種基于CNN模型的待測(cè)元素含量LIBS測(cè)量方法、系統(tǒng)。其中，該方法包括：根據(jù)采集配置的模擬溶液的液體樣本的LIBS光譜，對(duì)預(yù)先設(shè)置的CNN光譜模型進(jìn)行訓(xùn)練，以確定定量分析用的訓(xùn)練好的CNN光譜模型；獲取實(shí)際溶液的液體樣本作為待測(cè)樣本，采集待測(cè)樣本的LIBS光譜，利用訓(xùn)練好的CNN光譜模型對(duì)所述待測(cè)樣本中的待測(cè)元素的含量進(jìn)行預(yù)測(cè)，輸出所述元素的含量的預(yù)測(cè)結(jié)果作為測(cè)量結(jié)果；每個(gè)所述液體樣本的LIBS光譜，是基于待測(cè)元素的兩個(gè)或多個(gè)光譜特征峰進(jìn)行采集。其基于LIBS儀器簡(jiǎn)單、無需復(fù)雜樣品前處理，不受樣品狀態(tài)、復(fù)雜基體效應(yīng)等影響和干擾，且CNN模型非線性回歸擬合分析能力結(jié)合多特征峰采集和輸入，簡(jiǎn)單高效實(shí)現(xiàn)復(fù)雜溶液現(xiàn)場(chǎng)勘探開采的元素檢測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及現(xiàn)場(chǎng)溶液中金屬元素含量的檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種溶液中待測(cè)元素含量的LIBS測(cè)量方法、系統(tǒng)以及裝置。

背景技術(shù)

隨著科技發(fā)展，人們對(duì)資源勘探、環(huán)境生態(tài)建設(shè)、污染修復(fù)等方面的關(guān)注度逐漸提升，因而對(duì)液體樣品中的各種元素進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)的定量分析十分重要。但在現(xiàn)場(chǎng)分析時(shí)，存在檢測(cè)環(huán)境情況復(fù)雜、元素?fù)碛卸喾N存在形式、待測(cè)元素受到基體效應(yīng)影響等問題，分析和確定元素含量等定量檢測(cè)工作復(fù)雜、難度大。

在分析化學(xué)領(lǐng)域，發(fā)射光譜分析技術(shù)對(duì)元素檢測(cè)是很有效的。而激光誘導(dǎo)擊穿光譜(Laser induced breakdown spectroscopy)LIBS，可以通過超短脈沖激光聚焦樣品表面形成等離子體，利用光譜儀對(duì)等離子體發(fā)射光譜進(jìn)行分析，以此來識(shí)別樣品中的元素組成成分，進(jìn)行材料的識(shí)別、分類、定性以及定量分析。LIBS具有儀器裝置簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快、遠(yuǎn)程非接觸、對(duì)樣品損耗小、無需載氣等物質(zhì)輔助形成等離子體、無需復(fù)雜的樣品前處理、分析過程不受樣品存在狀態(tài)影響等優(yōu)點(diǎn)，尤其是其能實(shí)現(xiàn)氣體直接光譜分析；以及，大體積液體樣品直接分析、或者借助微滴發(fā)生、霧化等手段轉(zhuǎn)化為微滴或液體層流實(shí)現(xiàn)液體中的微量元素定量分析等等。因而，其有望用到鹽湖這類現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜環(huán)境的元素檢測(cè)定量分析中。但現(xiàn)有的LIBS需要滿足高功率要求而采用超短脈沖激光誘導(dǎo)產(chǎn)生激光誘導(dǎo)等離子體，其為在時(shí)間和空間上分布不均勻的瞬態(tài)等離子體；LIBS儀器存在穩(wěn)定性差、重現(xiàn)性差等缺陷；激光-物質(zhì)作用過程復(fù)雜，檢測(cè)/測(cè)試過程中極易受到激光參數(shù)、靶材物性參數(shù)、剝蝕環(huán)境等因素的影響；還有復(fù)雜的光譜干擾、非光譜干擾等因素影響；加上實(shí)際分析過程中，面對(duì)的是有著不同的化學(xué)組成的樣品，當(dāng)使用簡(jiǎn)單的外標(biāo)法檢測(cè)分析時(shí)，由于強(qiáng)烈的基體效應(yīng)，往往導(dǎo)致檢測(cè)濃度與實(shí)際濃度之間存在較大的偏差，結(jié)果并不可信，采用常規(guī)方法難以進(jìn)行定量分析。

因而，需要提供改進(jìn)的LIBS測(cè)量方案，對(duì)復(fù)雜環(huán)境下現(xiàn)場(chǎng)溶液中待測(cè)元素含量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定量分析預(yù)測(cè)而實(shí)現(xiàn)該元素含量簡(jiǎn)單、高效的檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述缺陷，提出了本發(fā)明，以提供解決或至少部分地解決如何基于機(jī)器學(xué)習(xí)輔助定量分析以在復(fù)雜的溶液環(huán)境中對(duì)待測(cè)元素的含量進(jìn)行簡(jiǎn)單、高效的LIBS測(cè)量/預(yù)測(cè)的技術(shù)問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提供了一種基于CNN模型的待測(cè)元素含量LIBS測(cè)量方法、系統(tǒng)以及裝置。

第一方面，提供一種基于CNN模型的待測(cè)元素含量LIBS測(cè)量方法，包括：根據(jù)采集配置的模擬溶液的液體樣本的LIBS光譜，對(duì)預(yù)先設(shè)置的CNN光譜模型進(jìn)行訓(xùn)練，以確定定量分析用的訓(xùn)練好的CNN光譜模型；獲取實(shí)際溶液的液體樣本作為待測(cè)樣本，采集待測(cè)樣本的LIBS光譜，利用訓(xùn)練好的CNN光譜模型對(duì)所述待測(cè)樣本中的待測(cè)元素的含量進(jìn)行預(yù)測(cè)，輸出所述元素的含量的預(yù)測(cè)結(jié)果作為測(cè)量結(jié)果；其中，每個(gè)所述液體樣本的LIBS光譜，是基于待測(cè)元素的兩個(gè)或多個(gè)光譜特征峰進(jìn)行采集。

其中，配置的模擬溶液的液體樣本，具體包括：按照基體元素含量梯度配置的“梯度配比溶液”的液體樣本和/或按照實(shí)際各種鹽湖中所含鋰元素和主要基體元素含量配置的“真實(shí)配比溶液”的液體樣本，作為標(biāo)準(zhǔn)樣本。