Аннотация:Лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия (ЛИЭС) является активно развивающимся
методом прямого элементного анализа проб. Для определения состава образцов с помощью ЛИЭС,
как и в других инструментальных физико-химических методах анализа, наиболее распространены
подходы с использованием градуировочных зависимостей. Следовательно, возникает проблема
матричных влияний, и необходимо обладать большим набором градуировочных образцов для
правильного анализа разных объектов. Однако образцы сравнения не всегда бывают доступны
(например, при анализе некоторых объектов океанического и космического происхождения). В
связи с этим актуальным является развитие безэталонных подходов к определению состава проб.
Классический вариант расчета состава пробы (точнее, плазмы) без использования образцов
сравнения в методе ЛИЭС основан на построении т.н. “графиков Больцмана” для каждого
элемента по линиям, не подверженным самопоглощению, в чем заключается ограничение этого
подхода. Однако явление самопоглощения линий может быть очень полезным для расчета состава
плазмы: существует подход т.н. “кривых роста” (англ. Curve of growth), основанный на
аппроксимации зависимостей интенсивности самопоглощенных линий от концентрации элемента
в образце в рамках определенной модели источника излучения. При аппроксимации находят
коэффициент, связывающий концентрацию элемента в образце с объемной концентраций
излучающих частиц в плазме. Очевидно, что такой подход уже нельзя назвать безэталонным, так
как требуется набор образцов, причем с сильно различающимися концентрациями изучаемого
элемента, что может привести к изменению параметров плазмы для разных образцов и искажению
результатов. Общая проблема описанных методик заключается в том, что образующаяся при
фокусировке лазерного излучения в точку плазма является сильно неоднородной по параметрам.
Это требует усложнения модели источника, используемой при аппроксимации экспериментальных
“кривых роста”, что может привести к большим погрешностям анализа.
В настоящей работе предложено вместо набора образцов для построения “кривых роста”
использовать лишь один образец и строить зависимости интенсивности линий от длины
оптического пути в плазме. Для реализации такого подхода получали протяженную плазму,
наиболее однородную по параметрам вдоль своей длинной оси, при фокусировке лазерного
излучения в линию с помощью цилиндрической линзы. Протяженную плазму наблюдали “с
конца”, а ее длину варьировали с помощью апертурной диафрагмы и измеряли по отпечатку
лазерного пятна на поверхности образца магниевого сплава. Это позволило использовать модель
однородного источника для аппроксимации экспериментальных данных, и вычислить объемные
концентрации элементов в плазме в определенный временной момент ее эволюции. Объемные
концентрации были соотнесены с массовыми содержаниями элементов в образце, отклонение от
паспортных значений составило до 25 % в зависимости от определяемого элемента.