激光诱导击穿光谱在塑料分类中的应用.pdf

第3 1 卷，第5 期2011 年5 月光谱学与光谱分析S p e c t r o s c o p ya n dS p e c t r a lA n a l y s i sV 0 1 3 1，N o 5，p p l l 7 1 1 1 7 4M a y，2 0 1 1激光诱导击穿光谱在塑料分类中的应用刘凯，王茜荷。，赵华，肖银龙北京理工大学光电学院北京1 0 0 0 8 1摘要利用波长为2 6 6n m 紫外激光器获得四大类塑料样品(H D P E，L D P E，P E T，N Y L O N)的诱导击穿等离子光谱(波长范围6 5 2 7 8 0n m)，以N I S T 原子发射谱线数据库作为参考，对其中的主要元素特征谱线进行标定。采用化学计量学中的主成分分析法对光谱数据进行处理。并通过交互验证法建立样品的主成分分析模型，分析主成分的选取对模型的影响。结果显示。激光诱导击穿光谱技术结合化学计量方法能够准确的区分识别不同的塑料样品，验证了该方案用于快速建模分类的有效实用性，对于塑料的回收分类具有重要应用价值。关键词主成分；激光诱导击穿光谱；塑料；分类中图分类号：0 6 5 7 3文献标识码：AD O I：1 0 3 9 6 4 j i s s r L1 0 0 0-0 5 9 3 2 0 1 1)0 5-1 1 7 1-0 4引言激光诱导击穿光谱(1 a s e r-i n d u c e db r e a k d o w ns p e c t r o s c o-P Y，L I B S)技术是基于激光诱导物质等离子体发光来探测物质成分的一种分析方法，是现代激光技术和光谱技术相结合的产物，在分析物质组成成分方面有非常强的技术优势。2 0 世纪9 0 年代中期以后，随着激光技术和光谱技术的发展L I B S 技术在欧美得到广泛的研究及应用L 2 引。目前，废旧塑料制品造成的白色污染R 益严重，塑料制品的回收开始受到人们的关注。如何利用L I B S 技术实现甥料制品的实时在线自动准确分类，成为甥料回收业的一个重要课题，也成为L I B S 技术的一个重要应用方向I s,6 1。化学计量学作为一种数据处理和解析的方法，在光谱分析方面的应用日益广泛。本文研究了如何利用化学计量学的方法，对塑料的激光诱导击穿光谱进行分类。文中采用主成分分析法(p r i n c i p l ec o m p o n e n ta n a l y s i s，P C A)对几种塑料的激光诱导击穿光谱进行处理，建立了P C A 模型，分析了主成分对模型的影响和误差，并对该方法提出了改进方案。1 实验1 1 实验装置实验装置如图1 所示。等离子体的激发光源为调Q 脉冲N d；Y A G 四倍频紫外激光器，波长为2 6 6n n l。脉冲宽度为3 5n s，单次脉冲最大能量为1 5n O，内甓光学衰减器。激光产生后，经过凹面镜(直径2 5l n r n，焦距1 0 0m m)拓展成直径为2 0m r s 光束。然后通过凸透镜(直径2 5n T r n，焦距1 5 0r a m)聚焦在5 0c n-i 外的样品台上。另一侧，凸透镜(直径2 5n 吼，焦距1 5 0m m)收集信号并聚焦到光纤端面，由光纤传输到光谱仪中进行分析，结果显示在与光谱仪连接的电脑上。光谱仪为T r i A x 3 2 0(德国J o b i nY r o n 公司生产)。6 0 0 个光栅刻线，中心波长为7 2 0r 吼。光谱范围6 5 0-,-7 8 0n l n，门宽1 0 0g m，曝光时间为0 0 9s，采用单次扫描。样品台聚焦光学系统实验时仪器和样品置于标准大气环境中，光谱仪延时2 0 0a s，以减少等离子体连续辐射的影响，采用o r i g i n8 0 进行数据处理。1 2 实验样品样品选用L I)P E(1 0 wd e n s i t yp o l y e t h y l e n e)，H D P E(h i g h收稿日期：2 0 1 0-0 8-1 2，修订日期：2 0 1 0-1 1-1 8基金项目：国家自然科学基金项目(6 0 9 7 8 0 3 5)资助作者简介：刘凯，1 9 8 7 年生北京理工大学光电学院物理电子学硕士研究生t-m a i l：l i u l m i l l 0 5 y a h o o c o m*通讯联系人E-m a i l,q q w a n g b i Le d u 1 1 7 2光谱学与光谱分析第3 1 卷d e n s i t yp o l y e t h y l e n e)。P E T(p o l y e t h 5，l e n et e r e p h t h a l a t e)，N Y L O N 等共四大类4 4