一种激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化方法

本发明属于分析仪器，具体涉及一种激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化方法。

背景技术：

1、激光诱导击穿光谱(libs)技术是一种基于原子或离子的发射光谱分析技术，利用聚焦透镜将高能量密度的脉冲激光聚焦到样品表面，烧蚀样品局部激发产生等离子体，通过光谱仪采集等离子体产生的发射光谱线信号。

2、随着libs技术的不断发展，市场对libs分析仪器的需求越来越旺盛，对具有相同分析功能的libs仪器往往生产多台，甚至可能进行批量生产。在实际生产应用中，为了解决这些具有相同分析功能的仪器间模型不能共用的问题，一般采用对每台仪器重新建模的方法，使得每台仪器拥有一个独立的分析模型。然而，重复建模势必造成人力物力的巨大浪费。因此，人们更希望发展模型传递的方法以解决这类问题。

3、libs光谱是一种原子光谱，相对于分子光谱，其谱峰的特点在于谱峰之间强度差异巨大，且每一个数据点中都带有大量的信息。这些特点对模型的传递造成了较大的困难。目前常用的模型传递主要分为两种，即有标样传递方法和无标样传递方法。无标样传递方法是指无需准备标准样品和采集多台仪器光谱数据，综合参数校正、波长筛选、光谱预处理等方法建立一种稳健模型实现模型传递。有标样传递方法是指先选择少数标准样品作为传递样本，分别使用主、从仪器对标准样品进行光谱采集，根据主、从仪器标准样品光谱建立对应的校正关系，通过校正关系对从仪器光谱进行校正后再采用主仪器预测模型进行预测。常用的有标样传递方法有光谱差值校正算法(ssc)、shenk’s算法、直接标准化算法(ds)、分段直接标准化算法(pds)、s/b算法以及这些算法的改进算法。其中以pds传递方法效果最好，其研究报道也最多。

4、pds算法的主要问题是计算量过大，需要对每一个窗口计算一个多元回归模型，在局部模型的计算过程中，最佳主成分数会因为光谱数据的噪声干扰而难以确定。由于环境因素和机理噪声的影响，libs光谱图在实际获取过程中会存在大量的噪声，由此影响传递模型和后续定性定量分析的准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供一种激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化方法，目的在于提供更加准确的光诱导击穿光谱仪器间谱图的模型传递方法。

2、一种激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化方法，包括如下步骤：

3、步骤1，使用分段直接标准化方法建立一次和二次仪器之间的光谱传递模型，使用光谱传递误差率评价光谱传递模型的性能，得到最佳的光谱传递模型；

4、步骤2，通过最佳光谱传递模型，对二次仪器的光谱数据进行校正，获得与一次仪器相似的光谱数据。

5、优选的，步骤1中，用于建立光谱传递模型的libs光谱数据首先进行基线校正处理。

6、优选的，步骤1中，用于建立光谱传递模型的libs光谱数据采用kennard-stone算法分为校正集与预测集。

7、优选的，步骤1中，所述光谱传递模型为ms＝f*ss，其中，ms是一次仪器测得光谱，ss为二次仪器测得光谱，f为传递矩阵。

8、优选的，步骤1中，光谱传递误差率包括平均传递误差率和最大传递误差率，平均传递误差率的计算公式为：

9、

10、最大传递误差率的计算公式为：

11、stermax＝max(steri)

12、其中，steri的计算公式为：

13、

14、其中，为第i个样品平均谱图；n为传递样本数，k为libs光谱波长点数，mij为一次仪器测得的第i个样品第j个点的光谱数据，sij为为二次仪器测得的第i个样品第j个点的光谱数据。

15、优选的，步骤1中，分段直接标准化方法的参数设置如下：初始窗口大小为2，依次递增大小为2，最大窗口大小设置为18。

16、优选的，所述光谱数据为岩石样品中元素含量测定的光谱数据。

17、本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化方法。

18、本发明还提供一种激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化系统，包括：

19、激光诱导击穿光谱数据采集或输入装置；

20、上述计算机设备。

21、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有用于实现上述激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化方法的计算机程序。

22、本发明基于baseline-pds方法提供了一种适用于岩石样品中元素含量测定的激光诱导击穿光谱模型传递方法。该方法结合基线校正，利用分段直接标准化方法，对libs一次和二次仪器之间进行模型传递，克服了不同仪器之间生产制造差异导致的模型不能通用的问题，实现了一次仪器的元素含量预测模型多台仪器通用。相比于现有的pds方法，本发明的方法具有步骤更加简单，建模速度更快，传递准确性更高的优点，因而具有很好的应用潜力。

23、显然，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更。

24、以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。

技术特征：

1.一种激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.按照权利要求1所述的标准化方法，其特征在于：步骤1中，用于建立光谱传递模型的libs光谱数据首先进行基线校正处理。

3.按照权利要求1所述的标准化方法，其特征在于：步骤1中，用于建立光谱传递模型的libs光谱数据采用kennard-stone算法分为校正集与预测集。

4.按照权利要求1所述的标准化方法，其特征在于：步骤1中，所述光谱传递模型为ms＝f*ss，其中，ms是一次仪器测得光谱，ss为二次仪器测得光谱，f为传递矩阵。

5.按照权利要求1所述的标准化方法，其特征在于：步骤1中，光谱传递误差率包括平均传递误差率和最大传递误差率，平均传递误差率的计算公式为：

6.按照权利要求1所述的标准化方法，其特征在于：步骤1中，分段直接标准化方法的参数设置如下：初始窗口大小为2，依次递增大小为2，最大窗口大小设置为18。

7.按照权利要求1所述的标准化方法，其特征在于：所述光谱数据为岩石样品中元素含量测定的光谱数据。

8.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-7任一项所述的激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化方法。

9.一种激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化系统，其特征在于，包括：

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有用于实现权利要求1-7任一项所述的激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化方法的计算机程序。

技术总结
本发明属于分析仪器技术领域，具体涉及一种激光诱导击穿光谱仪器间谱图标准化方法。本发明的方法包括如下步骤：步骤1，使用分段直接标准化方法建立一次和二次仪器之间的光谱传递模型，使用光谱传递误差率评价光谱传递模型的性能，得到最佳的光谱传递模型；步骤2，通过最佳光谱传递模型，对二次仪器的光谱数据进行校正，获得与一次仪器相似的光谱数据。本发明的方法得到的传递模型相比于现有PDS方法得到的传递模型具有步骤更加简单，建模速度更快，传递准确性更高的优点。因此，本发明具有很好的应用前景。

技术研发人员：饶宇,段忆翔,王旭
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4