[發明專利]一種礦石分類與實時定量分析的光譜檢測新方法

有效

• 申請號: 202110267879.6
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113155809B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 劉瑞斌;邱蘇玲;李安;殷允嵩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01N21/71
• 分類號: G01N21/71;G06K9/62
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明公開了一種基于激光誘導擊穿光譜對礦石分類與實時定量分析的光譜檢測新方法，該方法包括：獲取若干樣品被激光激發后的光譜數據，首先進行光譜預處理來降低光譜的波動性，其次通過支持向量機對全部的礦石進行準確分類，并利用主成分分析法降維，提升元素定量分析的精度，之后通過相關性變量篩選偏最小二乘回歸分析(R?PLS)改進算法，極大的降低了礦石的預測集的均方根誤差以及平均相對誤差。該技術去除了冗余的數據，使建模變量數大大減少，提高了運算速度。本發明基于激光誘導擊穿光譜技術實現了對礦石中鐵含量的定量分析，構建出一種利用激光誘導擊穿光譜技術的對礦石分類與實時定量分析的光譜檢測新方法。

技術領域

本發明屬于全新的礦石分類與實時定量定性分析的光譜檢測新方法，具體涉及一種利用激光誘導擊穿光譜的成分定量分析方法、測試系統及處理算法，用于實現在低材料損耗的情況下，快速便捷地對礦石進行分類和定量分析。

背景技術

激光誘導擊穿光譜技術是一種利用脈沖激光對樣品表面的小部分材料進行擊穿并產生等離子體，等離子體冷卻發光，隨后對該等離子體所發射出的光譜進行分析，即是分析樣品材料的組成成分的全元素檢測手段。該測試手段具有諸多特點及優勢。首先，激光誘導擊穿光譜技術的檢測過程對目標樣品損傷小，僅需要對目標樣品表面微克級別的材料進行擊穿，可以認為是無損檢測；其次，激光誘導擊穿光譜技術的測試過程不需要對目標樣品進行復雜的預處理，處理過程不需要使用化學試劑，對環境無污染。在測試過程中僅需要直接將脈沖激光聚焦于待測樣品表面，即可得到其元素組成的相關信息；同時激光誘導擊穿光譜技術對目標樣品的形態沒有特定的要求，對于氣態，液態和固態的樣品均可以進行測試；最后，由于激光誘導擊穿光譜技術的測試過程是通過對光譜信息進行分析從而得到測試結果，因此其測試過程也相對傳統的檢測方法比較快速。

現如今，在科研以及工業應用領域，如生物醫學，環境檢測，港口海關，材料分析等諸多領域，對于目標樣品的元素成分檢測的需求都非常迫切。與化學分析方法或者高能射線探測法等傳統元素測試方法相比較，激光誘導擊穿光譜技術在測試過程中具備對于樣品的損傷更小，樣品制備等測試前準備過程更加便捷，測試過程耗時更短等特點。因此更加適合于各種需樣品進行元素測試的場合。例如在生物醫學相關等場合，要求測試手段能夠在顯微鏡下操作。在港口海關，為了應對大量的貨物吞吐量，在對貨物進行檢測時，則需要測試手段方便快速，且對于貨物的損傷較小。在材料分析領域，則需要其測試手段的測試范圍足夠寬，并且能夠盡可能地對目標樣品中的各種成分進行測試和分析。正是因為激光誘導擊穿光譜技術的各種特點和優勢，其能夠很好的滿足上述各種測試場合的要求。

目前大多數研究多集中在對礦物成分、地理來源進行分類與鑒別上，以及LIBS結合化學計量學方法提升礦石分析精度。將分類和定量分析方法結合，通過支持向量機對光譜進行分類，然后采用相關性變量篩選偏最小二乘回歸進行定量分析；在光譜的選擇方面，依托主成分分析方法，建立光譜數據和典型元素含量線性關系，依次取出相關系數R大于0.9，0.85，…，0的光譜進行偏最小二乘回歸，分別計算出決定系數R²，預測集的均方根誤差(RMSEP)，平均相對誤差(ARE)等信息。未經過分類的礦石經過全譜偏最小二乘回歸分析后，RMSEP＝3.227％，ARE＝31.75％。而將礦石利用我們提出的這種新方法即進行分類后再進行相關性變量篩選偏最小二乘回歸分析(R-PLS)，鐵礦石、錳礦石、鉻礦石的RMSEP分別降至0.975％、0.418％、0.123％，ARE分別降至1.46％、6.72％、1.09％。表明將礦石分類后再進行相關性變量篩選偏最小二乘回歸分析大大提升了定量分析的準確性。因此，這種對礦石分類與實時定量分析的光譜檢測新方法具有很大的優勢。

發明內容

本發明的目的是提供一種礦石分類和實時定量分析方法、測試系統，其利用激光誘導穿擊光譜的技術來實現礦石分類和實時定量分析檢測。

一方面，本發明提供了一種元素定量分析方法，包括如下步驟：