(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211258104.3 (22)申请日 2022.10.13 (71)申请人 西南交通大 学 地址 610031 四川省成 都市金牛区二环路 北一段111号 (72)发明人 张红　张殿鑫　王崧宁　陈楠　 陈永亮　柯川　 (74)专利代理 机构 成都虹盛汇泉专利代理有限 公司 51268 专利代理师 陈婷 (51)Int.Cl. G01N 21/71(2006.01) G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 基于激光诱导击穿光谱的纵向深度元素定 量分析方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于激光诱导击穿光谱 的纵向深度元素定量分析方法， 包括以下步骤 S1、 使用偏最小二乘法对 LIBS的烧蚀深度数据进 行训练， 获得深度预测模型； S2、 对待测样品元素 定量深度分布进行分析； 具体包括以下子步骤： S21、 对待测样品分别利用LIBS技术进行不同脉 冲次数的烧蚀， 并进行光谱采集； S22、 通过光谱 以及深度预测模型对待测样品的烧蚀深度值进 行预测； S3、 通过定标法或非定标法对待测样品 中的元素含 量进行分析； S4、 通过S22预测的深度 值与S3计算的元素含量完成对待测样品元素深 度分布的定量分析： 将S22中预测的烧蚀深度值 与S3中计算的目标元素含量分别作为横坐标和 纵坐标做图， 获得的待测样品中目标元素的含量 深度分布。 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 CN 115420730 A 2022.12.02 CN 115420730 A 1.基于激光诱导击穿光谱的纵向深度元 素定量分析 方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1、 使用偏最小二乘法对LIBS的烧蚀深度数据进行训练， 获得深度预测模型； 具体包括 以下子步骤： S11、 制备标准样品： 根据待测样品元素成分设计标准样品的一系列元素含量比值， 将 一系列不同元素比例的粉末原料混合均匀， 分别经过手动压片机压成薄片， 获得一系列不 同元素含量的标准样品； S12、 LIBS光谱采集： 对标准样品分别利用LIBS技术进行不 同脉冲次数的烧蚀， 并进行 光谱采集； S13、 获得烧蚀深度值： 使用共聚焦显微镜测定S11标准样品在不同脉冲 次数下的烧蚀 深度值； S14、 建立烧蚀深度预测模型： 选取S12中采集的LIBS光谱中含量最高的元素的多条谱 线， 将多条谱线强度组成向量作为偏最小二乘法的输入数据； 将S13获得的烧蚀深度值作为 偏最小二乘法的标签； 然后将输入数据和标签进行拟合， 获得深度预测模型； S2、 对待测样品元 素定量深度分布进行分析； 具体包括以下子步骤： S21、 对待测样品分别 利用LIBS技术进行不同脉冲次数的烧蚀， 并进行光谱 采集； S22、 通过S21采集的光谱以及S14得到的深度预测模型对待测样品的烧蚀深度值进行 预测； S3、 通过定标法或非定标法对待测样品中的元 素含量进行分析； S4、 通过S22预测的深度值与S3计算的元素含量完成对待测样品元素深度分布的定量 分析： 将S22中预测的烧蚀深度值与S3中计算的目标元素含量分别作为横坐标和纵坐标做 图， 获得的待测样品中目标 元素的含量深度分布。 2.根据权利要求1所述的基于激光诱导击穿光谱的纵向深度元素定量分析方法， 其特 征在于， 所述定标法具体为： 选取S12 中LIBS光谱中轮廓清 楚的多条谱线， 使用目标元素谱 线强度与目标元素含量进 行拟合， 或者目标元素的强度比值与目标元素的含量比值进 行拟 合， 从而拟合出不同的定标曲线； 然后采用多次交叉验证方法对拟合出 的定标曲线进行验 证， 并选取平均百分比偏差最小的定标曲线作为最优定标曲线； 最后将待计算目标元素谱 线强度或目标元素 的强度比值带入最优定标曲线得出目标元素含量或目标元素的含量比 值。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115420730 A 2基于激光诱导击穿光谱的纵向深度元素定量分析方 法 技术领域 [0001]本发明属于光谱学领域， 具体涉及一种基于激光诱导击穿光谱的纵向深度元素定 量分析方法。 背景技术 [0002]目前对于固体样品的元素含量以及分布的检测大都基于样品表面的检测， 对于样 品内部的元素检测一般需要完全破坏样品， 例如制成粉末等； 或者对样品内部纵向深度的 元素检测则需要纵向切 开样品， 在纵向剖切 面上检测获得。 这些检测方法限制 了对样品的 实时、 原位检测， 尤其对一些不能破坏样 品的检测就无法实现。 激光诱导击穿光谱(Laser ‑ induced breakdown  spectroscop y,LIBS)技术是一种基于原子激励的定性分析与定量分 析技术， 由于该技术是通过激光烧蚀样品产生高温等离子体并且收集等高温离子体产生的 特征光谱对样品进行分析， 因此LIBS技术可以不用破坏样品或者切割样品， 只要从表面向 深度进行元素定量分析。 这对于原位、 实时的元素检测提供了方便。 例如在钢铁冶炼中， 使 用LIBS可以实现冶炼过程中的实时原位检测钢铁的冶炼纯度； 在ITER项目中， 可以实时检 测托克马克装置中第一 壁材料中杂质离 子沉积的深度以及分布的情况等 等。 [0003]目前， 基于LIBS的元素深度分析只能用激光脉冲次数来表征烧蚀深度值， 不能给 出实际的深度值； 测试具体的深度需要其他深度测量仪器作为辅助设备(例如共聚焦显微 镜等)来具体确定样品的具体深度值， 并且需要把测试样品取出制样或切割等满足其它设 备检测需求， 无疑增加了检测的成本以及无法实现原位检测的能力。 这些都限制了LIBS的 深度元素定量分析的实际应用。 因此， 通过LIBS同时检测样品的具体深度值以及不同深度 的元素含量是亟 待解决的技 术问题。 发明内容 [0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足， 提供一种首先通过基于偏最小二乘法结 合LIBS的烧蚀深度预测模型对烧蚀深度进行预测， 其次通过定标法对样品含量进行计算， 最后对待测样品中的目标元素含量深度分布进行分析的基于激光诱导击穿光谱的纵向深 度元素定量分析方法。 该方法提高了LIBS仪器在深度含量分布预测中的应用可行性， 可以 在训练过程完成后可以不借助其它仪器的帮助， 仅采用LIBS对待测样品中目标元素进 行深 度定量分析， 同时该 方法步骤简单， 易于操作， 实用价 值高。 [0005]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 基于激光诱导击穿光谱的纵向深度 元素定量分析 方法， 包括以下步骤： [0006]S1、 使用偏最小二乘法对LIBS的烧 蚀深度数据进行训练， 获得深度预测模型； 具体 包括以下子步骤： [0007]S11、 制备标准样品： 根据待测样品元素成分设计标准样品的一系列元素含量比 值， 将一系列不同元素比例的粉末原料混合均匀， 分别经过手动压片 机压成薄片， 获得一系 列不同元 素含量的标准样品；说　明　书 1/5 页 3 CN 115420730 A 3