激光誘導離解光譜技術定量分析寶石材料探討

秦宏宇

摘 要：激光誘導離解光譜技術是一種分析物質元素的手段，利用此技術能夠做高精度的定量分析。在使用激光誘導離解光譜技術定量分析寶石材料時我們選取成分較為均勻的樣品選用激光誘導離解光譜技術定量分析中適用于寶石材料分析的三種方法，分別是外標法、自由定標法和歸一化的外標法，對這些寶石材料進行定量分析計算。通過實際的定量分析結果表明，在對寶石材料采用激光誘導離解光譜技術定量分析的三種方法中外標法容易會受到寶石成分變化和結構差異的影響而導致定量分析的準確度不高，自由定標法對于那些復雜的樣品，受到的影響因素很復雜，在分析時容易產生較大的誤差，歸一化的外標法能夠有效校正基體效應的影響，相比之下比前兩種定量分析方法優越，因此在對采用激光誘導離解光譜技術定量分析寶石材料時應優先選擇歸一化的外標法。

關鍵詞：激光誘導離解光譜技術；寶石材料；分析方法

隨著光譜探測技術的不斷發展，在分析物質元素成分時利用光譜分析成為了重要的發展方向。激光誘導離解光譜技術（LIBS）是利用激光與物質之間的相互作用，產生光譜輻射，然后通過對這些光譜特征的定量分析來實現對物質分析的一種技術。目前， 激光誘導離解光譜技術由于其無需對樣品處理、設備簡單、便于攜帶等優勢而受到人們的認可，但是此技術還存在有穩定性和準確性方面的缺陷。目前在對寶石材料進行分析時可行的分析方法主要是外標法、自由定標法和歸一化的外標法，但是這些方法也各有優劣，下面將通過試驗來探討激光誘導離解光譜技術定量分析寶石材料的最佳方法。

1.實驗設備和樣品測量方法

激光誘導離解光譜技術在進行定量分析時使用的激光誘導離解光譜系統主要包含激光器、光譜儀、樣品臺及計算機。本實驗將使用YAG脈沖激光器和4CCD光纖光譜儀。材料選用成分比較均勻的隕石玻璃、紫色翡翠、綠輝石三塊天然礦物質作為實驗樣品，標樣和分析樣品我們選用燒制的硅酸鹽玻璃，然后在每個樣品上取三個點，并將他們的平均值作為標準值，在進行激光誘導離解光譜技術定量分析時，考慮到此技術激光能量的穩定性、分析速度以及將樣品損耗降到最低等方面問題，對樣品中取得的三個點分別測量五次，在進行分析計算是取譜線的平均值。

2.寶石材料的激光誘導離解光譜的定量分析

根據寶石材料的特性，我們在對其進行激光誘導離解光譜定量分析時采用外標法、自由定標法和歸一化的外標法。

2.1 外標定量分析法

因為原子發射光譜的譜線強度I與樣品中被測組分的濃度C 成正比關系，所以我們在進行外標法光譜定量分析時，采用賽伯-羅馬金經驗公式：

I=ACb （1） （A：實驗參數；b：光譜譜線的自吸系數）

在測試條件相同的情況下A和b的值可以取常數。對式（1）的等式兩邊取對數，得出下式

lgI=blgC+lgA （2）

運用此方法進行分析時先選擇一系列的含有待測元素和元素的質量分數具有一定的梯度的標樣，之后根據（2）式將待分析元素的定標曲線擬合出來，再將待分析元素的強度帶入定標曲線式中求得待測元素的濃度。外標法在使用時比較簡單，但是此中定量分析法具有較大的機體效應，因此在進行激光誘導離解光譜分析時為了保證測定分析結果的準確度對測定分析條件和樣品機體的一致性提出了較高的要求。

2.2 自由定標分析法

自由定標分析法在進行定量分析時充分運用了激光誘導離解光譜儀器能夠進行現場測量的優勢。假設等離子體滿足局部熱平衡且為光學薄等離子體，在此種條件下將等離子體理論模型公式進行變換，因此即使沒有標樣的情況下也能夠計算出樣品中所含元素的質量分數。

（3）

此中方法不需要制備標樣，能夠實現快捷方便的進行定量分析，但是此方法在定量分析中受到的影響因素十分復雜，對其定量分析測量結果的準確度造成很大的影響。因此使用此方法測量一些成分簡單的樣品材料。而對于化學成分復雜的寶石材料選用此定量分析方式就很難得出較準確的分析結果。

2.3 歸一化的外標定量分析法

在以上兩種激光誘導離解光譜技術定量分析法的基礎上，相關研究人士提出了歸一化的外標法改進方法，此方法中認為影響基體效應的因素并非等離子的溫度，而是離子的密度。將上式中（3）進行變換便可以找出集體效應的矯正因子，通過歸一化的外標法在實現了采用一種標樣來定量分析未知礦物質的成分。歸一化的外標法在對寶石材料進行定量分析時是在標樣而后待分析樣品的光譜中為材料的每個元素選取分析譜線，之后帶入式中進行變換計算，特定元素在同一譜線下的、、是相同的，運用此定量分析方法得出待分析樣品與標樣之間的基體效應因子，因此在很大程度上減弱了基體效應因子對激光誘導離解光譜定量分析的影響，并且此定量分析方法的過程相對簡便。

3.實驗結果

3.1 激光誘導離解光譜定量分析外標法

在制備寶石材料時要想不破壞樣品是無法實現的。在本實驗中，選用的樣品的質量分數和成分種類都很相近的幾種硅酸鹽（，，，）做了定標曲線的擬合。從實驗結果中我們可以看出在這幾種硅酸鹽中和自由的定標曲線效果相對好些，其他幾種的硅酸鹽的定標曲線都表現出明顯的偏離。在選擇樣品時盡可能保持其相似性，但是定量分析出的結果卻存在很大的差異，產生這種現象的原因是因為寶石材料在結構以及其內部元素的質量分數存在一定的差異，在進行定量分析時便產生了基體效應。

3.2 激光誘導離解光譜定量分析的自由定標分析法

通過此中定量分析法的分析結果存在較大的誤差。從實驗中測得。綠輝石樣品中的的質量分數與使用電子探針測得的記過是吻合的，但是此寶石中的元素的質量分數區存在很大的偏差，此誤差產生的原因主要是因為自由定標分析法本身就是一種理想化的模型；寶石材料中一些質量分數較低的元素在進行定量分析時刻選用的光譜較少，導致定量分析時不能夠完成波爾茲曼平面曲線的擬合；還有寶石材料中的元素的激發效果十分微弱，分析譜線也很少，這些因素都使激光誘導離解光譜定量分析的正確度降低。因此，在對寶石材料進行定量分析是采用此方法不能夠保證定量分析的準確度。

3.3 激光誘導離解光譜定量分析的歸一化外標法

此定量分析方式采用一塊標樣來進行分析。此方法首先可以通過計算基體效應因子來得出待測樣品中化學成分的質量分數。此定量分析方法相對來說較簡單，同時此方法還能夠實現自動分析。運用此方法在進行定量分析的結果雖然也有一定的誤差但是，此誤差相比以上兩種定量分析方法的誤差范圍較小。并在在樣品制備以及定量分析過程上，歸一化外標法都明顯優于以上兩種方法，并且滿足常量元素定量分析的需求

綜上述所得，在使用激光誘導離解光譜技術定量粉底寶石材料時，從定量分析的準確度和定量分析的簡易程度上來說使用歸一化外標法進行定量分析是最優的選擇。

參考文獻

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