一种能量色散X射线荧光光谱中多元素特征谱峰识别方法与流程

技术特征：

1.一种能量色散X射线荧光光谱中多元素特征谱峰识别方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)建立单元素的校准曲线

对于薄膜样品，XRF光谱分析的基体效应忽略不计，且被分析元素的浓度与荧光强度具有线性关系；

首先制备被分析元素的不同浓度薄膜样品，在一定实验条件下进行能量色散XRF光谱测量，并扣空白背景，以该元素特征峰的峰值能量为中心，将相同能量范围内的特征谱峰积分荧光强度与元素浓度根据最小二乘法建立校准曲线：

F＝a×C+b

其中C为被分析元素浓度，F为相应能量范围内该元素特征谱峰积分荧光强度，a为校准曲线的斜率，b为校准曲线的截距；

(2)建立单元素的标准谱

在相同实验条件下，同一种元素的不同浓度薄膜样品，在不考虑其它因素影响的情况下，其所对应的XRF特征光谱的谱带形状具有相似性，其特征峰的峰值位置保持不变，且XRF特征峰荧光强度与元素浓度成正比例关系；

因此为了避免样品浓度所引起的荧光强度的变化，将以步骤(1)相同实验条件下测得的浓度为C₁的被分析元素薄膜样品在步骤(1)相同能量范围内的能量色散XRF特征光谱F₁，按如下公式对其进行归一化处理，建立该被分析元素的标准谱F为：

$F=\frac{F_1}{\left|\right|F_1\left|\right|}$

(3)单元素标准谱转换为微分谱

根据如下公式对上述步骤(2)中被分析元素的标准谱F对能量求导，以转换为微分谱，获得标准谱的微分谱S为：

$S=\frac{dF\left(E\right)}{dE}$

其中E代表能量；

(4)实际薄膜样品的能量色散XRF光谱扣背景和去噪预处理

将实际采样获得的薄膜样品在步骤(1)相同实验条件下进行能量色散XRF光谱测量，所获得的光谱具有样品载体空白滤膜的背景叠加成分和因仪器噪声而产生的谱线锯齿形波动，因此需要对该实测的XRF光谱进行空白背景扣除和去噪预处理；

以步骤(1)相同实验条件下空白滤膜多次测量结果的平均值为空白背景光谱，将实测的XRF光谱减去空白背景的XRF光谱进行空白背景扣除预处理；

将扣除背景后的XRF光谱采用粗糙惩罚光滑方法进行去噪预处理；

(5)构建多元素能量色散XRF二维光谱盲分离模型

能量色散XRF光谱是以能量为横坐标，荧光强度为纵坐标的二维谱图；根据朗伯-比尔定律、薄膜样品XRF光谱法基体效应可忽略以及多组分光谱的线性叠加原理，构建多元素能量色散XRF二维光谱的线性盲分离模型为：

Y＝AS+E

其中Y为经过上述步骤(4)实测XRF光谱扣背景和去噪预处理后的XRF二维光谱，A为得分矩阵，S为源光谱信号矩阵，E为噪声，上述公式展开为：

Y＝a₁S₁+…+a_kS_k+E

其中，k为元素种类，a_k为对应元素k的浓度得分，S_k为元素k的源光谱信号，E为噪声；

(6)采用独立分量分析方法进行特征提取和解析

根据上述步骤(5)构建的模型采用独立分量分析方法对上述步骤(4)预处理后的实测XRF二维光谱的谱峰进行特征提取和解析，求解上述模型中的得分矩阵A和源光谱信号矩阵S，源光谱信号矩阵S表示各个解析元素的XRF二维特征光谱，以获得单元素k的解析谱；

(7)采用非负矩阵分解进行精确求解

以上述步骤(6)中独立分量分析的分解结果作为非负矩阵分解的初始解，采用非负矩阵分解的迭代校正对上述步骤(5)中的模型进行精确求解；将最终精确解析出的单元素k的特征光谱记为计算谱X*，并按如下公式进行归一化处理，获得计算谱X*的归一化光谱

$\tilde{X}=\frac{X^{*}}{\left|\right|X^{*}\left|\right|}$

(8)计算谱转换为微分谱

将上述步骤(7)精确解析出的单元素k计算谱的归一化光谱对能量求导，以转换为微分谱，获得单元素k计算谱的微分谱X为：

$X=\frac{d\tilde{X}\left(E\right)}{dE}$

其中E代表能量；

(9)元素识别

采用皮尔逊相关系数作为上述步骤(8)获得的单元素k计算谱的微分谱与上述步骤(3)标准谱的微分谱的波形相似度度量，判断计算谱与标准谱的相似程度，实现能量色散XRF光谱中元素谱峰的识别；

根据皮尔逊相关系数，k元素计算谱的微分谱为X，k元素标准谱的微分谱为S，则这两个光谱的相关系数为：

$P=\frac{S\×X^T}{\left|\right|S\left|\right|\left|\right|X\left|\right|}$

其中T表示转置，当相关系数P的绝对值越大，说明单元素k的计算谱与标准谱越相似，当|p|＝1时，计算谱与标准谱完全一致；因此根据P值的大小即可对实测的能量色散XRF光谱中谱峰所对应的元素进行识别；设定相关系数p的阈值为0.9，当相关系数大于规定的阈值0.9时，可确定计算谱与标准谱相似，确定实际样品中含有该计算谱所对应的k元素成分；

(10)元素浓度反演

根据上述步骤(1)中所建立的单元素k的校准曲线及上述步骤(7)中精确解析出的k元素的计算谱X*，反演出相应k元素的浓度值，实现k元素的定量分析。