應用SciTrace 雙激發LIBS技術對選定高豐度區域進一步分析處理,參數為下表所示
參數 | 數值 |
初次激發激光脈沖能量 (mJ) | 30 |
二次激發激光脈沖能量 (mJ) | 80 |
燒蝕坑直徑 (μm) | 50 |
二次激發時間間隔(μs) | 0.5 |
門延遲(μs) | 1.5 |
門寬(μs) | 20 |
Mapping空間分辨率(μs) | 100 |
Mapping測量點數 | 150*150 |
下圖為貧鈾區域和富鈾區域譜線數據對比:
背景(590–595 nm)譜線對比; b)含鈾離子特征譜線(409.01 nm)的波段光譜對比;c)全波段譜線對比
鈾特征譜線過密(384.8 -908.4
nm區域有5000多條特征譜線),并且譜線過寬,造成背景譜線噪聲過高。590–595
nm區域譜線沒有任何元素特征譜線干擾,并且距離U元素特征譜線區域最近,故選取該區域譜線作為背景區域進行分析比較,可以看到,背景值與U特征譜線具有明顯的相關性。Chinni等人的研究表明,U元素特征譜線對LIBS全波段的譜線峰值分布具有確定的明顯影響。
應用PCA算法,可對任何不均勻樣品LIBS測量譜線對應的未知成分進行分析。但是,此次測量生成22500 ×
26000個譜線數據變量,便要從RAM中讀取33
GB的龐大數據,用以PCA算法進行處理,意味著巨大的計算量,耗時漫長。因此AtomTrace團隊運用AtomAnalyzer軟件中改善的PCA算法簡化運算過程和數據讀取方式,將分析工作量減少了85%,并獲得良好的分析效果。該方法此前未曾有人嘗試。
獲得Mapping分析結果如下圖所示:
a) U II@409.01nm特征譜線強度分布;b)590-595nm 背景區域譜線強度分布
c) PC1優化算法U II@409.01nm數值分布;d) PC1優化算法590-595nm 背景區域數值分布
3. 在上述實驗基礎上,對鈾礦石中的特征伴生元素U-Zr-P-Ti,運用AtomAnalyzer中SOM算法(神經元算法,或者節點算法)進行進一步分析。
3.1 依據選定特征譜線,通過傳統Mapping方法得到的圖像:
a) Zr II 349.621 nm 特征譜線強度Mapping圖;
b) U II 409.013 nm 特征譜線強度Mapping圖;
c) Si I 251.431 nm 特征譜線強度Mapping圖
3.2 傳統算法與SOM算法特征譜線數值的Mapping對比
a) 325.424 nm Ti II 特征譜線強度Mapping; c)每個測量譜線與Ti II節點權值的相關性,紅點區域與Ti出現相關性最高(無U元素區域)
b) 255.139 nm Nb II 特征譜線強度Mapping;d) 每個測量譜線與Nb響應最大的節點權值的相關性,紅點區域與Nb節點權值相關性最高
3.3節點權值在譜線上的積分得到的SOM算法Mapping
a) 由349.621 nm Zr II 特征譜線強度計算得到的節點響應;
b) 由409.013 nm U II 特征譜線強度計算得到的節點響應;
c) 由251.431 nm Si I 特征譜線強度計算得到的節點響應
3.4應用SOM算法對若干選定元素分布的伴生和隔離情況進行研究
a) 由325.424nm Ti II 特征譜線強度計算得到的節點響應;
b) 由358.1195nm Fe I 特征譜線強度計算得到的節點響應;
c) 由255.139nm Nb II 特征譜線強度計算得到的節點響應;
d) 由288.158nm Si I特征譜線強度計算得到的節點響應
3.5實驗結論:
Zr II譜線強度Mapping和U II譜線強度Mapping體現了二者的伴生關系,同時二者都與Si I譜線強度Mapping相反,呈隔離分布。
Ti元素與Nb元素呈隔離分布。
Fe和Nb的元素呈伴生分布,而在二者分布的區域,U元素豐度較低。
Zr和Nb呈隔離分布,其原因可以理解為已知的“Zr是Nb的替換金屬元素”。
最后,Si元素出現的位置,Fe、U、Ti、Nb的豐度降低。