曲线本底估计法在海底X荧光分析中应用研究

摘要

论文选题来源于863计划资源环境技术领域主题项目课题“高精度能谱探测仪器研发”（课题编号2012AA061803）和中国地质调查局项目“海底原位X射线荧光探测系统研发”。在海洋矿产资源勘查中，应用海底原位X射线荧光探测系统可以在海底原位实时测定海底沉积物中多元素含量，进而可以快速发现和评价海洋矿产资源。在海底原位X射线荧光探测系统的仪器谱上，由于多元素特征X射线全能峰的相互干扰和海水对初级X射线的散射，使目标元素特征X射线的全能峰的本底显著增大。有效地扣除全能峰的散射本底是提高海底原位X射线荧光分析准确度的重要技术保证。论文在论述经典的TPA法、Covell法和Wason法等本底扣除方法的基础上，针对海底原位X射线荧光仪器谱的特点，重点开展了傅里叶变换法、SNIP法、多项式拟合法等曲线拟合方法在海底原位X射线荧光仪器谱的应用研究，取得了较显著的应用成果，具体表现在以下几方面:
　　1.傅里叶变换法MATLAB编程实现结果显示，该方法能够较好的符合测量谱线的实际形态;SNIP法MATLAB编程实现结果显示，该方法可以达到一定的本底扣除效果;多项式曲线拟合方法的MATLAB编程实现结果显示，该方法能够有效的扣除散射本底，且保留的特征峰峰形不发生改变。
　　2.运用傅里叶变换法、SNIP法、多项式拟合法对10个有含量的样品进行了测量分析，对能谱中的Fe元素进行了本底扣除，得到了这三种方法拟合后的线性度，结果表明，在未扣本底之前，拟合的线性度只有0.89;傅里叶变换法扣本底后的数据与标准含量拟合后得到的结果数据的整体拟合的线性度为0.9937;SNIP法扣本底后的数据与标准含量拟合后得到的结果数据的整体拟合的线性度为0.9888;多项式拟合法扣本底后的数据与标准含量拟合后得到的结果数据的整体拟合的线性度为0.9966。通过对比可知，多项式曲线拟合法能更好地满足海底X荧光系统分析精度的要求。
　　3.将多项式曲线拟合法扣本底应用在海底原位X荧光系统之后，进行了湖底原位X荧光探测试验和浅海海底原位X荧光探测试验。前者的试验结果表明，海底X荧光系统所测湖底沉积物样品Fe元素的含量与WDXRF分析结果相对误差在15％以内，并且在湖底的实际测量的Fe含量在2.9％～7％之间，这与所测湖底沉积样品中Fe的含量分析结果基本吻合，符合海底X荧光系统精度要求;后者试验结果表明，在浅海海底X荧光系统定点测量与连续测量同样的测量路线时，两者获取的试验数据分别经过多项式曲线本底估计法扣除本底后计算得到的浅海海底沉积物中Fe元素的含量一致，都是在1％～3.5％之间变化。这些都验证了多项式曲线拟合法扣本底能够应用在海底原位X荧光分析中，并且已经初步取得了良好应用效果。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 选题依据及研究意义

1．2 X荧光分析本底扣除技术的研究现状

1．3 主要研究内容

第2章 理论基础

2．1 海底原位X荧光探测系统的组成

2．2 海底原位X荧光定性与定量的分析

2．2．1 莫塞莱定律

2．2．2 海底原位X射线荧光测量定量分析

2．3 海底原位X荧光探测仪器谱形成过程

2．3．1 X射线与物质的相互作用

2．3．2 X射线探测

2．3．3 仪器谱本底的形成

第3章 曲线本底估计法

3．1 傅里叶变换法本底估计

3．1．1 算法原理

3．1．2 算法实现

3．1．3 算法效果

3．2 SNIP法本底估计

3．2．1 算法原理

3．2．2 算法实现

3．2．3 算法效果

3．3 多项式拟合法本底估计

3．3．1 算法原理

3．3．2 算法实现

3．3．3 算法效果

第4章 三种本底扣除方法对比

4．1 样品简介

4．2 未扣本底的拟合

4．3 多项式法扣本底

4．4 傅里叶变换法扣本底的拟合

4．5 SNIP法扣本底法的拟合

4．6 三种扣本底方法的比较

第5章 曲线本底法在海底X荧光分析中的初步应用

5．1 湖底原位X荧光探测试验

5．2 浅海海底原位X荧光探测试验

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果