zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-707Research ArticleСтатьиАНАЛИЗ ПОРОШКОВ ГОРНЫХ ПОРОД МЕТОДОМ ЛАЗЕРНО-ИНДУЦИРОВАННОЙ ИСКРОВОЙ СПЕКТРОСКОПИИ В СОЧЕТАНИИ С МЕТОДОМ ЛЕГИРОВАНИЯ ГРАФИТОМANALYSIS OF ROCK POWDERS BY LASER-INDUCED BREAKDOWN SPECTROSCOPY COMBINED WITH THE GRAPHITE DOPING METHODJiаJ. J.JiаJ. J.

Хэфэй 230031; Хэфэй 230026

Hefei 230031;Hefei 230026

HongboF.HongboF.

Хэфэй 230031

Hefei 230031

HuadongW.HuadongW.

Хэфэй 230031; Хэфэй 230026

Hefei 230031;Hefei 230026

FengzhongD.FengzhongD.

Хэфэй 230031; Хэфэй 230026

Hefei 230031;Hefei 230026

ZhirongZ.ZhirongZ.

Хэфэй 230031; Хэфэй 230026

Hefei 230031;Hefei 230026

jjw2014@mail.ustc.edu.cnГлавная лаборатория фотонных приборов и материалов провинции Аньхой, Аньхойский институт оптики и точной механики Китайской академии наук; Университет науки и технологии КитаяAnhui Provincial Key Laboratory of Photonic Devices and Materials, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Science; University of Science and Technology of ChinaГлавная лаборатория фотонных приборов и материалов провинции Аньхой, Аньхойский институт оптики и точной механики Китайской академии наукAnhui Provincial Key Laboratory of Photonic Devices and Materials, Anhui Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Science202002112020875847(1)-847(6)Copyright © Jiа J.J., Hongbo F., Huadong W., Fengzhong D., Zhirong Z., 20202020Jiа J.J., Hongbo F., Huadong W., Fengzhong D., Zhirong Z.Jiа J.J., Hongbo F., Huadong W., Fengzhong D., Zhirong Z.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/707

Исследована возможность подавления матричных эффектов путем добавки графита при анализе геологических образцов методом спектроскопии лазерно-индуцированной плазмы (LIBS). С этой целью образцы порошков горной породы смешивались с графитовым порошком с последующим прессованием в таблетки. Четыре группы образцов с одинаковым содержанием графита приготовлены из смеси семи различных порошков горной породы и четырех графитовых порошков (0, 25, 50 и 75 мас.%). Для уменьшения влияния флуктуаций от импульса к импульсу использован метод внутренней стандартизации. С использованием образцов таблеток с одинаковым содержанием графита получены четыре набора калибровочных кривых для Ca и Mg. Исследовано влияние содержания графита на температуру и электронную плотность лазерно-индуцированной плазмы. Коэффициенты детерминации (R2) калибровочных кривых после легирования графитом оказались больше, чем без легирования, стабильность спектральной интенсивности, температуры и электронной плотности плазмы после легирования также улучшилась. Влияние матричного эффекта значительно снижается, когда легирование достигает 50%. Показано, что метод легирования графитом имеет большой потенциал для снижения влияния матричных эффектов при анализе образцов порошка горных пород методом спектроскопии лазерно-индуцированной плазмы.

The analysis of geological samples using laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) is strongly affected by matrix effects. To investigate the improvement of matrix effects by the graphite doping method, rock powder was mixed with graphite powder and pressed into pellets. Four groups of samples with the same graphite content were prepared from a mixture of seven different rock powders and four graphite powders (0, 25, 50, and 75 wt.%). To reduce some of the pulse-to-pulse fluctuations, the internal standardization method was adopted. Four sets of calibration curves of Ca and Mg were prepared using pellet samples with the same graphite content. The influence of graphite content on laser-induced plasma temperature and electron density was further investigated. The coefficients of determination (R2) of the calibration curves after doping graphite are larger than those without doping, and the stability of the spectral intensity, plasma temperature, and electron density after doping are also improved. In particular, when the doping percentage is 50%, the matrix effect is significantly improved. The results show that the graphite doping method has great potential for improving the matrix effects of LIBS in the analysis of rock powder samples.

спектроскопия лазерно-индуцированной плазмыматричные эффектылегирование графитомпорошок горных породlaser-induced breakdown spectroscopymatrix effectsgrafite dopingrock powderThis research was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant N 61505223), and the project of China State Key Laboratory of Power Systems (Grant N SKLD18KM11).ReferencesG. Poupeau, F. X. L. Bourdonnec, T. Carter, S. Delerue, M. S. Shackley, J. A. Barrat, S. Dubernet, P. Moretto, T. Calligaro, M. Milić, K. Kobayashi, J. Archaeol. Sci., 37, N 11, 2705–2720 (2010).G. Poupeau, F. X. L. Bourdonnec, T. Carter, S. Delerue, M. S. Shackley, J. A. Barrat, S. Dubernet, P. Moretto, T. Calligaro, M. Milić, K. Kobayashi, J. Archaeol. Sci., 37, N 11, 2705–2720 (2010).T. D. T. Oyedotun, Geol., Ecol., Landscapes, 2, N 2, 148–154 (2018).T. D. T. Oyedotun, Geol., Ecol., Landscapes, 2, N 2, 148–154 (2018).X. Chen, G. Yao, J. Cai, Y. Huang, X. Yuan, J. Nat. Gas Sci. Eng., 48, 145–156 (2017).X. Chen, G. Yao, J. Cai, Y. Huang, X. Yuan, J. Nat. Gas Sci. Eng., 48, 145–156 (2017).J. M. Scott, J. M. Palin, N. Z. J. Geol. Geophys., 51, N 2, 105–113 (2008).J. M. Scott, J. M. Palin, N. Z. J. Geol. Geophys., 51, N 2, 105–113 (2008).A. K. Rai, G. S. Maurya, R. Kumar, A. K. Pathak, J. K. Pati, Aw. K. Rai, J. Appl. Spectrosc., 83, N 6, 1089–1095 (2017).A. K. Rai, G. S. Maurya, R. Kumar, A. K. Pathak, J. K. Pati, Aw. K. Rai, J. Appl. Spectrosc., 83, N 6, 1089–1095 (2017).D. A. Cremers, L. J. Radziemski, Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Cambridge University Press, New York, 110–111 (2006).D. A. Cremers, L. J. Radziemski, Handbook of Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Cambridge University Press, New York, 110–111 (2006).A. Koujelev, V. Mottoros, D. Gratton, A. Dudelzak, Can. Aeronaut. Space J., 55, N 2, 97–106 (2009).A. Koujelev, V. Mottoros, D. Gratton, A. Dudelzak, Can. Aeronaut. Space J., 55, N 2, 97–106 (2009).F. C. Alvira, G. M. Bilmes, T. Flores, L. Ponce, Appl. Spectrosc., 69, N 10, 1205–1209 (2015).F. C. Alvira, G. M. Bilmes, T. Flores, L. Ponce, Appl. Spectrosc., 69, N 10, 1205–1209 (2015).S. Awasthi, R. Kumar, A. K. Rai, J. Appl. Spectrosc., 84, 1–5 (2017).S. Awasthi, R. Kumar, A. K. Rai, J. Appl. Spectrosc., 84, 1–5 (2017).S. S. Golik, O. A. Bukin, A. A. Il’in, E. B. Sokolova, A. V. Kolesnikov, M. Yu. Babiy, Yu. N. Kul’chin, A. A. Gal’chenko, J. Appl. Spectrosc., 79, N 3, 471–476 (2012).S. S. Golik, O. A. Bukin, A. A. Il’in, E. B. Sokolova, A. V. Kolesnikov, M. Yu. Babiy, Yu. N. Kul’chin, A. A. Gal’chenko, J. Appl. Spectrosc., 79, N 3, 471–476 (2012).S. Pandhija, N. K. Rai, A. K. Rai, S. N. Thakur, Appl. Phys. B: Lasers Opt., 98, N 1, 231–241 (2010).S. Pandhija, N. K. Rai, A. K. Rai, S. N. Thakur, Appl. Phys. B: Lasers Opt., 98, N 1, 231–241 (2010).S. A. Beldjilali, E. Axente, A. Belasri, T. Baba-Hamed, J. Appl. Spectrosc., 84, N 3, 472–477 (2017).S. A. Beldjilali, E. Axente, A. Belasri, T. Baba-Hamed, J. Appl. Spectrosc., 84, N 3, 472–477 (2017).M. Dell'Aglio, R. Gaudiuso, G. S. Senesi, A. D. Giacomo, C. Zaccone, M. T. Miano, O. D. Pascale, J. Environ. Monit., 13, N 5, 1422–1426 (2011).M. Dell'Aglio, R. Gaudiuso, G. S. Senesi, A. D. Giacomo, C. Zaccone, M. T. Miano, O. D. Pascale, J. Environ. Monit., 13, N 5, 1422–1426 (2011).P. Singh, E. Mal, A. Khare, S. Sharma, J. Cult. Herit., 33, 71–82 (2018).P. Singh, E. Mal, A. Khare, S. Sharma, J. Cult. Herit., 33, 71–82 (2018).M. Wall, Z. Sun, Z. T. Alwahabi, Opt. Express, 24, N 2, 1507 (2016).M. Wall, Z. Sun, Z. T. Alwahabi, Opt. Express, 24, N 2, 1507 (2016).Z. Hou, Z. Wang, J. Liu, W. Ni, Z. Li, Opt. Express, 22, N 11, 12909 (2014).Z. Hou, Z. Wang, J. Liu, W. Ni, Z. Li, Opt. Express, 22, N 11, 12909 (2014).M. Singh, V. Karki, A. Sarkar, J. Appl. Spectrosc., 83, N 3, 497–503 (2016).M. Singh, V. Karki, A. Sarkar, J. Appl. Spectrosc., 83, N 3, 497–503 (2016).D. Andrade, M. Sperança, E. R. Pereirafilho, Anal. Methods, 9, N 35, 5156 (2017).D. Andrade, M. Sperança, E. R. Pereirafilho, Anal. Methods, 9, N 35, 5156 (2017).R. J. Lasheras, J. Anzano, C. Bellogálvez, M. Escudero, J. O. Caceres, Anal. Lett., 50, N 8, 1325–1334 (2016).R. J. Lasheras, J. Anzano, C. Bellogálvez, M. Escudero, J. O. Caceres, Anal. Lett., 50, N 8, 1325–1334 (2016).Z.Zhu, J.Li, Y. Guo, X.Cheng, Y.Tang, L.Guo, X. Li,Y.Lu, J. Anal. At. Spectrom., 33, N 2, 205 (2017).Z.Zhu, J.Li, Y. Guo, X.Cheng, Y.Tang, L.Guo, X. Li,Y.Lu, J. Anal. At. Spectrom., 33, N 2, 205 (2017).A. A. I. Khalil, M. A. Morsy, H. Z. Eldeen, Opt. Laser Technol., 96, 227–237 (2017).A. A. I. Khalil, M. A. Morsy, H. Z. Eldeen, Opt. Laser Technol., 96, 227–237 (2017).S. Pandhija, N. K. Rai, A. K. Rai, S. N. Thakur, Appl. Phys. B: Lasers Opt., 98, N 1, 231–241 (2010).S. Pandhija, N. K. Rai, A. K. Rai, S. N. Thakur, Appl. Phys. B: Lasers Opt., 98, N 1, 231–241 (2010).H. Griem, Plasma Spectroscopy, McGraw-Hill, New York, 320–357 (1964).H. Griem, Plasma Spectroscopy, McGraw-Hill, New York, 320–357 (1964).T. Fujimoto, R. W. Mcwhirter, Phys. Rev. A, 42, N 11, 6588–6591 (1990).T. Fujimoto, R. W. Mcwhirter, Phys. Rev. A, 42, N 11, 6588–6591 (1990).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.