Измерение интенсивности спектральных линий по дискретным отсчётам линейчатого спектра

Abstract

В атомно-эмиссионной спектрометрии в настоящее время в составе анализаторов спектров широко применяются линейки фотодетекторов. Спектр, полученный с помощью такого типа детектора, представляет собой дискретную последовательность цифровых значений выходных сигналов фотоячеек. Одним из способов количественного определения концентрации элемента в исследуемой пробе является измерение интенсивности его аналитической линии путем интегрирования участка спектра по нескольким отсчетам в окрестности этой линии или аппроксимация участка спектра профилем формы линии. Как правило, ввиду высокой насыщенности спектральными линиями атомно-эмиссионных спектров область расчета их интенсивности ограничивают несколькими отсчетами. Такое ограничение в случае дрейфа спектральной линии относительно фотоячеек линейки приводит к погрешности измерения её интенсивности, величина которой тем больше, чем меньшее количество отчётов используется при интегрировании. Цель работы - поиск оптимального способа расчета интенсивности линии для снижения погрешности измерения её интенсивности, а также оптимального размера области расчета. Для имитации дрейфа спектральных линий относительно фотоячеек проведено моделирование и экспериментально зарегистрирован набор спектров лампы полого катода (Cu, Zn) с разными положениями спектральных линий относительно фотоячеек линеек фотодетекторов БЛПП-2000 и БЛПП-4000. В каждом следующем спектре набора относительно предыдущего смещение линий составило 2 и 1 мкм для линеек БЛПП-2000 и БЛПП-4000 соответственно. Установлено, что линейный способ интерполяции приводит к существенному снижению влияния дрейфа спектральных линий на относительное среднее квадратическое отклонение результатов измерения интенсивности для обоих типов линеек в сравнении со ступенчатым. Также показано, что дальнейшее снижение этого разброса возможно путём выбора оптимальной области интегрирования. Для выбранных спектральных линий минимальная погрешность измерения, вызванная дрейфом спектра относительно фотоячеек линеек фотодетекторов, при линейном способе интерполяции для БЛПП-2000 составляет 0.25 и 0.23 % при размере области интегрирования 1.6 и 3.1 отсчета, для БЛПП-4000 - 0.4 и 0.28 % при 1.0 и 2.7 отсчета соответственно.

In atomic emission spectrometry, photodetector arrays are widely used in spectrum analyzers. A spectrum obtained with detectors of this type is a discrete sequence of digital values of photocell output signals. One way to quantify the concentration of an element in a test sample is to measure the intensity of its analytical line by integrating a region of the spectrum over several counts in the vicinity of this line or by approximating a region of the spectrum with a line shape profile. As a rule, due to the high saturation of atomic emission spectra with spectral lines, the region for calculating the spectral line intensity is limited to several counts. In the case of spectral line drift relative to the photocells of photodetector arrays, this limitation leads to an intensity measurement error, which is the greater, the smaller the number of counts used in integration. The objectives of this study are to determine the optimal size of the computational domain and develop an optimal method for calculating the line intensity to reduce the intensity measurement error. To simulate the drift of spectral lines relative to photocells, we have simulated and recorded a set of spectra of a hollow cathode lamp (Cu, Zn) with different positions of spectral lines relative to the photocells of BLPP-2000 and BLPP-4000 photodetector arrays. In each next spectrum of the set, the spectral lines were shifted relative to those in the previous spectrum by 2 and 1 μm for BLPP-2000 and BLPP-4000, respectively. It has been shown that compared to stepwise interpolation, linear interpolation significantly reduces the effect of the drift of spectral lines on the RMSD of the measured intensities for both types of arrays. In addition, this effect can be further decreased by choosing an optimal range of integration. In the linear interpolation for the selected spectral lines, the minimum measurement error due to the spectrum drift relative to the photocells of photodetector arrays for BLPP-2000 is 0.25 and 0.23% for a range of integration of 1.6 and 3.1 counts, respectively, and for BLPP-4000, it is 0.4 and 0.28% for 1.0 and 2.7 counts, respectively.