基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的激光誘導(dǎo)擊穿光譜元素定量分析技術(shù).pdf

1、激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)(LIBS)是近些年逐漸興起的一種原子發(fā)射光譜,可以檢測固體、液體、粉末、氣體等各種形式的樣品,也是能夠同時進行多種元素檢測的光譜技術(shù)。利用LIBS對分析元素濃度進行現(xiàn)場實時監(jiān)測的研究已備受國內(nèi)外學(xué)術(shù)界以及產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。
　　 由于激光誘導(dǎo)產(chǎn)生等離子體是一個非常復(fù)雜的過程,容易受激光能量,光譜儀的觸發(fā)時間,周圍環(huán)境,實驗樣品準備,樣品的基體效應(yīng),數(shù)據(jù)采集方式等影響,繼而影響其定量化分析的精度。傳統(tǒng)的LIBS定

2、標曲線法已在某種程度上得到了一定的成功,然而定量分析的精度常受到基體效應(yīng)和自吸收效應(yīng)的制約。
　　 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)因其非線性映射能力被應(yīng)用到LIBS定量分析中,研究表明ANN能減弱基體效應(yīng)對定量分析的影響,從而有效地提高LIBS的檢測準確度。然而,基于誤差反向傳播(BP)算法的ANN(BP-ANN)收斂速度慢且易陷入局部最優(yōu)解；另外,ANN的初始權(quán)值和閾值的選擇缺乏理論依據(jù),一般都是隨機選取的,很難保證其全局性,影響定量分析

3、的結(jié)果。
　　 本文在研究ANN結(jié)合LIBS定量分析技術(shù)、遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模等問題的基礎(chǔ)上,提出了一種基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的LIBS定量分析方法。首先利用遺傳算法(GA)對網(wǎng)絡(luò)的初始權(quán)值和閾值進行全局搜索,保證其落入全局最優(yōu)點的鄰域,然后再用BP-ANN對權(quán)值和閾值進行細化訓(xùn)練,進一步減小誤差,使其收斂于全局最優(yōu)解或性能很好的近似最優(yōu)解,以實現(xiàn)元素高精度定量檢測的目的。并采用該方法成功實現(xiàn)了待測樣品中元素濃度的定量分析,為LIBS高精

4、度測量提供了一種可行的途徑。
　　 論文內(nèi)容主要包括四部分:
　　 一、詳細回顧了激光等離子體的形成過程及光譜形成的物理原因、LIBS的研究現(xiàn)狀,分析了傳統(tǒng)的LIBS定量分析技術(shù)及各自適用情況。
　　 二、ANN結(jié)合LIBS元素定量分析技術(shù)研究。介紹了ANN原理、BP算法、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法,詳細研究了定量分析中輸入網(wǎng)絡(luò)光譜變量的選取,以及多元素同時分析和單元素獨立分析建模的選擇等。
　　 三、基于遺傳神

5、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的LIBS元素定量分析技術(shù)研究。詳細介紹GA的基本原理;研究了遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模過程和基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的LIBS定量分析的具體步驟,包括GA和ANN的結(jié)合方式,適應(yīng)度函數(shù)的選擇等；采用基于遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的LIBS定量分析技術(shù)成功實現(xiàn)了對土壤樣品的檢測分析,并與傳統(tǒng)的內(nèi)標法和BP-ANN方法得到的結(jié)果進行比較。
　　 四、可重復(fù)性定量分析的研究。獲得了一種LIBS光譜強度信號可重復(fù)性好的數(shù)據(jù)采集方式,分析了網(wǎng)絡(luò)輸入的波動性對輸