zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-828Research ArticleСтатьиОценка беcкалибровочного и многомерного метода количественного анализа в лазерно-искровой эмиссионной спектроскопииEvaluation of the Calibration-Free and Multivariate Method for Quantitative Analysis in Laser-Induced Breakdown SpectroscopyKumarR.KumarR.

Праяградж, 211002.

Prayagraj, 211002.

rohit.02dec@gmail.comMauryaG. S.MauryaG. S.

Канпур, 208016.

Kanpur, 208016.

DevanathanА.DevanathanA.

Мумбаи, 400085.

Mumbai, 400085.

RaiА. K.RaiA. K.

Праяградж, 211002.

Prayagraj, 211002.

awadheshkrai@gmail.comКолледж Чоудхари Махадео Прасад Аллахабадского университетаDepartment of Physics, Chaudhary Mahadeo Prasad College at University of AllahabadИндийский технологический институт КанпураUltrafast Spectroscopy Lab., Department of Chemistry, Indian Institute of Technology KanpurЦентр атомных исследований БхабхаFuel Chemistry Division, Bhabha Atomic Research CenterАллахабадский университетLaser Spectroscopy Research Laboratory, Department of Physics at University of Allahabad202129052021883462470Copyright © Kumar R., Maurya G.S., Devanathan А., Rai А.K., 20212021Kumar R., Maurya G.S., Devanathan А., Rai А.K.Kumar R., Maurya G.S., Devanathan A., Rai A.K.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/828

Бескалибровочный метод лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (CF-LIBS) используется для определения концентрации компонентов образцов, поскольку преодолевает ограничение, связанное с необходимостью соответствия матриц стандартного и исследуемого вещества при построении калибровочной кривой. Эффективность такого подхода часто ставится под сомнение. Для проверки возможностей методологии CF-LIBS использованы различные сертифицированные стандартные образцы растений и почвы. Если эмиссионные линии элемента отсутствуют в спектрах LIBS, его вклад в результат CF-LIBS также отсутствует, что приводит к неправильной количественной оценке. Для преодоления этой проблемы в CF-LIBS вместо определения только концентраций элементов вводится дополнительный этап — расчет отношений концентраций всех элементов к концентрации базового элемента. Расчетные отношения концентраций для различных элементов более точны, чем концентрации элементов, полученные с помощью CF-LIBS. Для предсказания концентрации наряду с CF-LIBS применен подход частичной регрессии наименьших квадратов.

The calibration-free laser-induced breakdown spectroscopy (CF-LIBS) method is used to obtain the concentration of the constituents of samples because it overcomes the limitation of matrix-matched standards in the calibration curve method of quantification. However, there are often doubts that remain about the efficiency of the CF-LIBS method. Hence, in the present work, different certified reference materials (CRMs) of plants and soil were employed to check the capabilities of the CF-LIBS method. If the emission lines of an element are missing in the LIBS spectra, its contribution in the CF-LIBS result will be missing as well, which leads to incorrect quantification. Therefore, in order to overcome this problem in CF-LIBS, instead of only determining the elemental concentrations, an additional step to calculate the concentration ratio of all elements with respect to the concentration of a major element was added. The calculated concentration ratios for different elements are more accurate than the elemental concentration obtained by CF-LIBS. Along with the CF-LIBS method, the partial least square regression (PLSR) approach was also applied for the prediction of the concentration.

бескалибровочный метод лазерно-искровой эмиссионной спектроскопииаттестованные стандартные образцыаналитическая точностьчастичная регрессия методом наименьших квадратовcalibration-free laser-induced breakdown spectroscopycertified reference materialsanalytical accuracypartial least square regressionUGC-BSR project No. F.30-461/2019(BSR) is acknowledged for the startup grant. The Board of Research in Fusion Science and Technology (BRFST), Institute for Plasma Research, Gandhinagar, Gujarat, India is also gratefully acknowledged for financial assistance under Project No. “NFPDIAG-F11-03”. GSM is thankful to the Indian Institute of Technology, Kanpur for providing financial assistance as an institute postdoctoral fellowship (PDF98).ReferencesA. Kumar Pathak, R. Kumar, V. Kumar Singh, R. Agrawal, Sh. Rai, A. Kumar Rai, Appl. Spectrosc. Rev., 47, No. 1, 14-40 (2012).A. Kumar Pathak, R. Kumar, V. Kumar Singh, R. Agrawal, Sh. Rai, A. Kumar Rai, Appl. Spectrosc. Rev., 47, No. 1, 14-40 (2012).V. Kumar Singh, A. Kumar Rai, Laser. Med. Sci., 26, No. 5, 673-687 (2011).V. Kumar Singh, A. Kumar Rai, Laser. Med. Sci., 26, No. 5, 673-687 (2011).D. A. Rusak, B. C. Castle, B. W. Smith, J. D. Winefordner, Trends Anal. Chem., 17, No. 8-9, 453-461 (1998).D. A. Rusak, B. C. Castle, B. W. Smith, J. D. Winefordner, Trends Anal. Chem., 17, No. 8-9, 453-461 (1998).D. A. Cremers, R. C. Chinni, Appl. Spectrosc. Rev., 44, No. 6, 457-506 (2009).D. A. Cremers, R. C. Chinni, Appl. Spectrosc. Rev., 44, No. 6, 457-506 (2009).F.-Y. Yueh, R. C. Sharma, J. P. Singh, H. Zhang, J. Air Waste Manage. Assoc., 52, 1307-1315 (2002).F.-Y. Yueh, R. C. Sharma, J. P. Singh, H. Zhang, J. Air Waste Manage. Assoc., 52, 1307-1315 (2002).D. W. Hahn, N. Omenetto, Appl. Spectrosc., 66, No. 4, 347-419 (2012).D. W. Hahn, N. Omenetto, Appl. Spectrosc., 66, No. 4, 347-419 (2012).J. Karhunen, A. Hakola, J. Likonen, A. Lissovski, P. Paris, M. Laan, K. Piip, C. Orosnicu, C. P. Lungu, K. Sugiyama, Phys. Scr., 159, 014067 (2014).J. Karhunen, A. Hakola, J. Likonen, A. Lissovski, P. Paris, M. Laan, K. Piip, C. Orosnicu, C. P. Lungu, K. Sugiyama, Phys. Scr., 159, 014067 (2014).C. Latkoczy, T. Ghislain, J. At. Anal. Spectrom., 21, 1152-1160 (2006).C. Latkoczy, T. Ghislain, J. At. Anal. Spectrom., 21, 1152-1160 (2006).B. G. Oztoprak, J. Gonzalez, J. Yoo, T. Gulecen, N. Mutlu, R. E. Russo, O. Gundogdu, A. Demire, Appl. Spectrosc., 66, No. 11, 1353-1361 (2012).B. G. Oztoprak, J. Gonzalez, J. Yoo, T. Gulecen, N. Mutlu, R. E. Russo, O. Gundogdu, A. Demire, Appl. Spectrosc., 66, No. 11, 1353-1361 (2012).N. S. Rajurkar, M. M. Damame, J. Radioanal. Nucl. Chem., 219, 77-80 (1997).N. S. Rajurkar, M. M. Damame, J. Radioanal. Nucl. Chem., 219, 77-80 (1997).C. G. Ryan, Int. J. Imag. Syst. Technol., 11, 219-230 (2000).C. G. Ryan, Int. J. Imag. Syst. Technol., 11, 219-230 (2000).J. Wang, T. Nakazato, K. Sakanishi, O. Yamada, H. Tao, I. Saito, Anal. Chim. Acta, 514, 115-124 (2004).J. Wang, T. Nakazato, K. Sakanishi, O. Yamada, H. Tao, I. Saito, Anal. Chim. Acta, 514, 115-124 (2004).N. Civici, Sh. Gjongecaj, F. Stamati, T. Dilo, E. Pavlidou, E. K. Polychroniadis, Z. Smit, Nucl. Instrum. Method. Phys. Res. B, 258, 414-420 (2007).N. Civici, Sh. Gjongecaj, F. Stamati, T. Dilo, E. Pavlidou, E. K. Polychroniadis, Z. Smit, Nucl. Instrum. Method. Phys. Res. B, 258, 414-420 (2007).A. Ciucci, M. Corsi, V. Palleschi, V. Rastelli, A. Salvetti, E. Tognoni, Appl. Spectrosc., 53, No. 8, 960-964 (1999).A. Ciucci, M. Corsi, V. Palleschi, V. Rastelli, A. Salvetti, E. Tognoni, Appl. Spectrosc., 53, No. 8, 960-964 (1999).M. Corsi, G. Cristoforetti, M. Hidalgo, S. Legnaioli, V. Palleschi, A. Salvetti, E. Tognoni, C. Vallebona, Appl. Opt., 42, No. 30, 6133-6137 (2003).M. Corsi, G. Cristoforetti, M. Hidalgo, S. Legnaioli, V. Palleschi, A. Salvetti, E. Tognoni, C. Vallebona, Appl. Opt., 42, No. 30, 6133-6137 (2003).R. Gaudiuso, M. Dell'Aglio, O. de Pascale, G. S. Senesi, Sensors, 10, 7434-7468 (2010).R. Gaudiuso, M. Dell'Aglio, O. de Pascale, G. S. Senesi, Sensors, 10, 7434-7468 (2010).J. A. Aguilera, C. Aragon, G. Cristoforetti, E. Tognoni, Spectrochim. Acta B, 64, 685-689 (2009).J. A. Aguilera, C. Aragon, G. Cristoforetti, E. Tognoni, Spectrochim. Acta B, 64, 685-689 (2009).R. Kumar, A. K. Rai, Environ. Monit. Assess., 185, 171-180 (2013)R. Kumar, A. K. Rai, Environ. Monit. Assess., 185, 171-180 (2013)Sh. Awasthi, R. Kumar, A. Devanathan, R. Acharya, A. K. Rai, Anal. Chem. Res., 12, 10-16 (2017).Sh. Awasthi, R. Kumar, A. Devanathan, R. Acharya, A. K. Rai, Anal. Chem. Res., 12, 10-16 (2017).R. Aruga, D. Gastaldi, G. Negro, G. Ostacoli, Anal. Chim. Acta, 310, 15-25 (1995).R. Aruga, D. Gastaldi, G. Negro, G. Ostacoli, Anal. Chim. Acta, 310, 15-25 (1995).J. L. Gottfried, R. S. Harmon Jr., F. C. De Lucia, A. W. Miziolek, Spectrochim. Acta B, 64, 1009-1019 (2009).J. L. Gottfried, R. S. Harmon Jr., F. C. De Lucia, A. W. Miziolek, Spectrochim. Acta B, 64, 1009-1019 (2009).M. Farrokhniaa, S. Karimib, Anal. Chim. Acta, 902, 70-81 (2016).M. Farrokhniaa, S. Karimib, Anal. Chim. Acta, 902, 70-81 (2016).A. Sarkar, V. Karki, S. K. Aggarwal, G. S. Maurya, R. Kumar, A. K. Rai, X. Mao, R. E. Russo, Spectro-chim. Acta B, 108, 8-14 (2015).A. Sarkar, V. Karki, S. K. Aggarwal, G. S. Maurya, R. Kumar, A. K. Rai, X. Mao, R. E. Russo, Spectro-chim. Acta B, 108, 8-14 (2015).https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html.https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html.J. P. Singh, S. N. Thakur, Laser Induced Breakdown Spectroscopy, Elsevier, Amsterdam (2007).J. P. Singh, S. N. Thakur, Laser Induced Breakdown Spectroscopy, Elsevier, Amsterdam (2007).A. H. Galmed, M. A. Harith, Appl. Phys. B, 91, 651-660 (2008).A. H. Galmed, M. A. Harith, Appl. Phys. B, 91, 651-660 (2008).G. S. Maurya, A. Jyotsana, R. Kumar, A. Kumar, A. K. Rai, Phys. Scr., 89, 075601 (2014).G. S. Maurya, A. Jyotsana, R. Kumar, A. Kumar, A. K. Rai, Phys. Scr., 89, 075601 (2014).G. S. Maurya, P. K. Tiwari, R. Kumar, R. K. Singh, A. K. Rai, In: Laser Induced Breakdown Spectroscopy, Eds. J. P. Singh, S. N. Thakur, Elsevier, 385-399 (2020).G. S. Maurya, P. K. Tiwari, R. Kumar, R. K. Singh, A. K. Rai, In: Laser Induced Breakdown Spectroscopy, Eds. J. P. Singh, S. N. Thakur, Elsevier, 385-399 (2020).

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