Снижение матричного эффекта в лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии с помощью кластеризации по удельной интенсивности

   В лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (LIBS) точность количественного определения с помощью традиционных стандартных методов калибровки часто неудовлетворительна главным образом из-за матричного эффекта. Для уменьшения влияния матричного эффекта предложен новый метод, названный кластеризацией по удельной интенсивности (SIC). Удельная интенсивность, определяемая как отношение интенсивности спектра к концентрации элемента, считается важной характеристикой образца. Эти характеристики способствуют эффективной кластеризации калибровочных образцов, что позволяет создавать множество более надежных калибровочных кривых. Путем объединения кластеризованных калибровочных образцов с алгоритмами машинного обучения создана классификационная модель. Неизвестные образцы могут быть классифицированы с помощью классификационной модели и предсказаны с помощью соответствующей калибровочной кривой. Практическая применимость предложенного метода SIC подтверждена путем обнаружения CaO, TFe₂O₃ и Li в образцах горных пород. По сравнению с традиционными стандартными методами калибровки метод SIC значительно снизил средние относительные ошибки прогнозируемого набора (AREP) для обнаруженных элементов CaO, TFe₂O₃ и Li в горных породах, при этом AREP уменьшились с 25.292, 14.114 и 14.12 % до 6.165, 5.481 и 5.137 % соответственно.

1. X. Li, B. J. Coles, M. H. Ramsey, I. Thornton, Chem. Geol., 124, Nos. 1-2, 109–123 (1995).

2. L. Ge, W. Lai, Y. Lin, X-Ray Spectrom., 34, No. 1, 28–34 (2005).

3. J. D. Winefordner, I. B. Gornushkin, T. Correll, E. Gibb, B. W. Smith, N. Omenetto, J. Anal. At. Spectrom., 19, No. 9, 1061 (2004).

4. D. W. Hahn, N. Omenetto, Appl. Spectrosc., 64, No. 12, 335–366 (2010).

5. W. Li, X. Li, X. Li, Z. Hao, Y. Lu, X. Zeng, Appl. Spectrosc. Rev., 170, 108666(1–25) (2018).

6. R. S. Harmon, R. E. Russo, R. R. Hark, Spectrochim. Acta, Part B, 87, 11–26 (2013).

7. L. Barrette, S. Turmel, Anal. Chim. Acta, 56, No. 6, 715–723 (2001).

8. R. Wiens, S. Maurice, J. Lasue, O. Forni, R. Anderson, S. Clegg, S. Bender, D. Blaney, B. Barraclough, A. Cousin, L. Deflores, D. Delapp, M. Dyar, C. Fabre, O. Gasnault, N. Lanza, J. Mazoyer, N. Melikechi, P. Meslin, H. Newsom, A. Ollila, R. Perez, R. Tokar, D. Vaniman, Spectrochim. Acta, Part B, 82, 1–27 (2013).

9. P. R. Villas-Boas, R. A. Romano, M. A. M. Franco, E. C. Ferreira, E. J. Ferreira, S. Crestana, D. M. B. P. Milori, Geoderma, 263, 195–202 (2016).

10. Y. Tian, S. Hou, L. Wang, X. Duan, B. Xue, Y. Lu, J. Guo, Y. Li, Anal. Chem., 91, No. 21, 13970–13977 (2019).

11. K. Rifai, F. Doucet, L. Özcan, F. Vidal, Spectrochim. Acta, Part B, 150, 43–48 (2018).

12. Q. Sun, M. Tran, B. W. Smith, J. D. Winefordner, Anal. Chim. Acta, 413, Nos. 1-2, 187–195 (2000).

13. J. Peng, Y. He, L. Ye, T. Shen, F. Liu, W. Kong, X. Liu, Y. Zhao, Anal. Chem., 89, No. 14, 7593–7600 (2017).

14. J. Kaiser, M. Galiová, K. Novotný, R. Červenka, L. Reale, J. Novotný, M. Liška, O. Samek, V. Kanický, A. Hrdlička, K. Stejskal, V. Adam, R. Kizek, Spectrochim. Acta, Part B, 64, No. 1, 67–73 (2009).

15. L. Jolivet, M. Leprince, S. Moncayo, L. Sorbier, V. Motto-Ros, Spectrochim. Acta, Part B, 151, 41–53 (2019).

16. D. W. Hahn, N. Omenetto, Appl. Spectrosc., 66, No. 4, 347–419 (2012).

17. B. Busser, S. Moncayo, J. Coll, L. Sancey, V. Motto-Ros, Coord. Chem. Rev., 358, 70–79 (2018).

18. A. El-Hussein, A. K. Kassem, H. Ismail, M. A. Harith, Talanta, 82, No. 2, 495–501 (2010).

19. R. X. Yi, L. B. Guo, X. H. Zou, J. M. Li, Z. Q. Hao, X. Y. Yang, X. Y. Li, X. Y. Zeng, Y. F. Lu, Opt. Express, 24, No. 3, 2607 (2016).

20. S. Yao, J. Zhao, J. Xu, Z. Lu, J. Lu, J. Anal. At. Spectrom., 32, No. 4, 766–772 (2017).

21. B. C. Windom, D. W. Hahn, J. Anal. At. Spectrom., 24, No. 12, 1665 (2009).

22. Y. He, R. Whiddon, Z. Wang, Y. Liu, Y. Zhu, J. Liu, K.Cen, Energ. Fuel., 31, No. 2, 1082–1090 (2017).

23. D. Diaz, D. Hahn, Spectrochim. Acta, Part B, 166, 105795 (2020).

24. P. Zhang, L. Sun, H. Yu, P. Zeng, L. Qi, Y. Xin, Anal. Chem., 90, No. 7, 4686–4694 (2018).

25. D. Zhang, Y. Chu, S. Ma, S. Zhang, H. Cui, Z. Hu, F. Chen, Z. Sheng, L. Guo, Y. Lu, Anal. Chim. Acta, 1107, 14–22 (2020).

26. Z Ni, X. Chen, H. Fu, J. Wang, F. Dong, Front. Phys., 9, No. 4, 439–445 (2014).

27. D. L. Death, A. P. Cunningham, L. J. Pollard, Spectrochim. Acta, Part B, 64, No. 10, 1048–1058 (2009).

28. D. L. Death, A. P. Cunningham, L. J. Pollard, Spectrochim. Acta, Part B, 63, No. 7, 763–769 (2008).

29. W. Zhang, Z. Zhuo, P. Lu, J. Tang, H. Tang, J. Lu, T. Xing, Y. Wang, J. Anal. At. Spectrom., 35, No. 8, 1621–1631 (2020).

30. Q. Li, W. Zhang, Z. Tang, K. Liu, C. Zhu, R. Zhou, K. Liu, X. Li, Talanta, 234, 122712 (2021).

31. Y. P. Pandit, Y. P. Badhe, B. K. Sharma, S. S. Tambe, B. D. Kulkarni, Fuel, 90, No. 1, 339–347 (2011).

32. P. Yang, Y. Zhu, X. Yang, J. Li, S. Tang, Z. Hao, L. Guo, X. Li, X. Zeng, Y. Lu, J. Cereal. Sci., 80, 111–118 (2018).

33. J. Hou, L. Zhang, Y. Zhao, Z. Wang, Y. Zhang, W. Ma, L. Dong, W. Yin, L. Xiao, S. Jia, Plasma Science and Technology, 21, 034016 (2019).

34. F. Rezaei, G. Cristoforetti, E. Tognoni, S. Legnaioli, V. Palleschi, A. Safi, Spectrochim. Acta, Part B, 169, 105878 (2020).