Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Оптимизация параметров лазерно-искрового эмиссионного спектрометра с применением вероятностно-детерминированного планирования эксперимента

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-5-14-19

Полный текст:

Аннотация

Рассмотрен метод оптимизации настроек прибора ЛИЭС для достижения максимальной интенсивности аналитических линий элементов в образце постоянного состава с использованием вероятностно-детерминированного планирования эксперимента (ВДПЭ). В качестве объекта анализа служила смесь оксидов Cr, Mn, Fe, Co, Ni, гомогенизированная и разбавленная путем сплавления со свинцово-фосфатной шихтой. Показано, что путем математической обработки данных 25 спектров методом ВДПЭ могут быть получены математические модели, связывающие интенсивность линии с энергией лампы накачки лазера, временем задержки первого и второго модуляторов добротности, временем задержки начала экспонирования и общим временем экспонирования. Применение среднего геометрического и математической модели в виде произведения частных зависимостей приводит к хорошей корреляции (R2 = 0,99) расчетных и экспериментальных значений интенсивности для всех рассмотренных линий спектра. Приведены результаты моделирования для 16 аналитических линий Cr, Mn, Co, Ni, иллюстрирующие возможность применения рассматриваемого метода. Экспериментально достигнутые максимальные интенсивности аналитических линий в матрице свинцово-фосфатного стекла отличаются от рассчитанных на основе полученных моделей в среднем на 7 – 12 %. Спектры, зарегистрированные в ходе эксперимента, могут быть использованы для оптимизации с применением ВДПЭ других параметров, например, соотношения сигнал/шум. Простота расчетов и сравнительно небольшое количество испытаний в оптимизационном эксперименте делают ВДПЭ перспективным методом для оптимизации параметров ЛИЭС.

Об авторах

В. Н. Фомин
Карагандинский университет им. академика Е. А. Букетова
Казахстан

Виталий Николаевич Фомин

г. Караганда, ул. Университетская, д. 28



С. К. Алдабергенова
Карагандинский университет им. академика Е. А. Букетова
Казахстан

Сауле Кидирбаевна Алдабергенова

г. Караганда, ул. Университетская, д. 28



К. Т. Рустембеков
Карагандинский университет им. академика Е. А. Букетова
Казахстан

Кенжебек Тусупович Рустембеков

г. Караганда, ул. Университетская, д. 28



Х. Б. Омаров
Academician E. A. Buketov Karaganda University
Казахстан

Хылыш Бейсенович Омаров

г. Караганда, ул. Университетская, д. 28



И. Е. Рожковой
Карагандинский университет им. академика Е. А. Букетова
Казахстан

Иван Евгеньевич Рожковой

г. Караганда, ул. Университетская, д. 28



А. В. Дик
Карагандинский университет им. академика Е. А. Букетова
Казахстан

Антон Викторович Дик

г. Караганда, ул. Университетская, д. 28



Д. М. Саулебеков
Карагандинский университет им. академика Е. А. Букетова
Казахстан

Данияр Мейрамбекович Саулебеков

г. Караганда, ул. Университетская, д. 28



Список литературы

1. Miziolek A., Paleshi V., Schechter I. Laser-inducted breakdown spectroscopy (LIBS) — New York: Cambridge University Press, 2006. — 640 p.

2. Кремерс Д., Радзиемски Л. Лазерно-искровая эмиссионная спектроскопия. — М.: Техносфера, 2009. — 360 с.

3. Andrade-Garda J. M. Basic Chemometric Techniques in Atomic Spectroscopy — London: RSC Publishing, 2009. — 314 p.

4. Zhang T., Tang H., Li H. Chemometrics in laser-induced breakdown spectroscopy: Progress of Chemometrics in Laser-induced Breakdown Spectroscopy / J. Chemom. 2018. Vol. 32. N 11. e2983. DOI: 10.1002/cem.2983

5. Fisher R. A. The Design of Experiments. — Edinburgh – London: Oliver and Boyd, 1935. — 264 p.

6. Zheng P., Liu H., Wang J., et al. Optimization of experimental conditions by orthogonal test design in a laser-induced breakdown experiment to analyze aluminum alloys / Anal. Methods. 2014. Vol. 7. N 6. P. 2163 – 2169. DOI: 10.1039/c3ay41466c

7. Ferreira E. C., Anzano J. M., Milori D. M. B. P., et al. Multiple Response Optimization of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy Parameters for Multi-Element Analysis of Soil Samples / Appl. Spectrosc. 2009. Vol. 63. N 9. P. 1081 – 1088. DOI: 10.1366/000370209789379394

8. Протодьяконов М. М., Тедер Р. И. Методика рационального планирования эксперимента. — М.: Наука, 1970. — 76 с.

9. Малышев В. П. Вероятностно-детерминированное планирование эксперимента. — Алма-Ата: Наука, 1981. — 116 с.

10. Беляев С. В., Малышев В. П. Пути развития вероятностно-детерминированного планирования эксперимента / Комплексная переработка минерального сырья Казахстана (состояние, проблемы, решения). 2008. Т. 9. Гл. 8. С. 599 – 633.

11. Akhmetkarimova Zh. S., Baikenov M. I., Dyusekenov A. M. Mathematical simulation of the hydrogenation of borodino coal / Solid Fuel Chem. 2017. Vol. 51. N 2. P. 111 – 114. DOI: 10.3103/S0361521917020021

12. Ibishev K. S., Malyshev V. P., Kim S. V., et al. Preparation of nanosized nickel powder by direct-current electrolysis combined with high-voltage spark discharge / High Energy Chem. 2017. Vol. 51. N 3. P. 219 – 223 DOI: 10.1134/S0018143917030055

13. Фомин В. Н., Ковалева А. А., Алдабергенова С. К. Использование многофакторных переменных в вероятностно-детерминированном планировании эксперимента / Вест. Карагандинского ун-та. Серия: химия. 2017. Т. 87. № 3. С. 91 – 100.

14. Fomin V. N., Aldabergenova S. K., Rustembekov K. T., et al. Method for increasing the accuracy of quantitative determination of iron by LIBS / Bulletin of the Karaganda University. Chemistry Series. 2018. Vol. 91. N 3. P. 74 – 83.

15. Лазерные эмиссионные спектрометры серии ЛАЭС (LAES Matrix), лазерные атомно-эмиссионные анализаторы элементного состава, послойный элементный анализ. http://www.spectrosystems.ru/analytical/laes/laes_matrix.shtml (дата обращения 18.12.2020).

16. Kramida A., Ralchenko Yu., Reader J., and NIST ASD Team. NIST Atomic Spectra Database (version 5.6.1) — Gaithersburg, MD: National Institute of Standards and Technology, 2018. DOI: 10.18434/T4W30F


Для цитирования:


Фомин В.Н., Алдабергенова С.К., Рустембеков К.Т., Омаров Х.Б., Рожковой И.Е., Дик А.В., Саулебеков Д.М. Оптимизация параметров лазерно-искрового эмиссионного спектрометра с применением вероятностно-детерминированного планирования эксперимента. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2021;87(5):14-19. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-5-14-19

For citation:


Fomin V.N., Aldabergenova S.K., Rustembekov K.T., Omarov Kh.B., Rozhkovoy I.E., Dik A.V., Saulebekov D.M. Optimization of the parameters of a laser induced breakdown spectrometer (LIBS) using probabilistic-deterministic design of experiment. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2021;87(5):14-19. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2021-87-5-14-19

Просмотров: 118


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)