随着煤炭资源的日渐枯竭已经低碳生产的呼声越来越高, 尤其是近年来雾霾问题的日渐严重, 工业煤炭燃烧效率已经成为相关部门和单位关注的重要问题。如何对煤粉中的碳元素进行定量检测, 为煤炭燃烧提供更加可靠的数据支持和技术支持成为研究的重点。LIBS技术的应用能够对煤粉中的碳元素进行定量测算, 在工业煤炭燃烧中发挥重要的参考作用。
1 LIBS定量分析技术简述
LIBS是激光诱导击穿光谱技术的英文简称, 是用脉冲激光作为发射光谱分析的一种定量分析技术。与其他分析技术相比, 激光诱导击穿光谱技术不需要繁琐的样品处理准备阶段, 就能够对分析样本进行定量分析, 具有操作简便、检测快速的优势。将激光诱导击穿光谱技术与光钎传导技术进行结合, 还能够对远距离的样本进行定量分析, 这种方法已经在土壤、化肥以及钢铁工业生产的某些过程监测中得到广泛的应用。激光诱导击穿光谱技术在煤质检测方面也得到了相应的应用, 但是应用的方向主要集中在煤中次量元素的定量分析当中[1]。为了确保激光诱导击穿光谱技术在煤粉碳元素方面检测精度, 本文选用了样本差别较大的14个煤炭样本, 运用激光诱导击穿光谱技术在同样的实验条件下结合多变量检测分析方法进行分析, 建立了基于多元定标法的LIBS定量分析模型, 为煤粉碳元素检测提供了技术参考。
2 煤粉碳元素应用多元定标法的LIBS定量分析方法探究
2.1 研究过程简介
根据研究目的, 结合样本特点, 搭建了煤粉碳元素定量分析检测系统, 如图1所示。在实验过程中, 由激光反射镜对激光器中发射出的激光光束进行反射, 然后将反射的光束通过焦距为100毫米的透镜聚焦, 垂直射入到待检测的样品表面。待检测样品被光束激发后, 会发射出等离子体光谱信号, 这个信号通过准直透镜在侧面与检测样品的表面45度的地方聚焦, 聚焦后的光束通过光钎传输器材传输到光钎光谱仪当中, 通过光钎光谱仪器对相关的数据进行采集、存储和处理[2]。
2.2 实验准备
在正式开始检测工作之前, 要用压片机对14个样品进行压片处理, 压片的目的是为了样品的表面保持平整。为了保证每一个样品采样的均匀性, 可以将样品放在旋转的平台上, 在直流电动机的带动下运用激光对样品表面进行采样。另外在准备工作中, 还要做好空气击穿、解决样品成分分布不均匀的问题, 可以将激光聚焦透镜的焦点调到样品表面下3毫米处。为了解决样品不均匀的问题, 可以通过多检测结果进行定量处理, 将多册测量数据进行累积平均得到结果。14个检测样品相关参数如表1, 其中1 到12 号样品作为定标样品, 13 号和14 号样品作为检测样品。
2.3 检测结果与分析
多一个化学体系的分析除了要对需要测定的相关元素进行检测以外, 还要注重这种元素与其他相关元素之间的关系。煤炭中的碳元素与化学元素周期表中的几乎所有的元素都有所关联, 这就为碳元素的光谱谱线分析造成了难度, 为了得到更好地检测结果, 需要运用多元定标法进行计算, 多元定标法的最主要目的就是考虑煤炭中其他元素对碳元素产生的影响。众所周知, 煤炭中含有大量的有机质, 分子结构也十分复杂, 大量碳骨架存在使得H、O、N、S等原子以不同的方式与其连接, 这会对碳元素的光谱产生影像, 因此需要对这些碳元素光谱进行多元定标回归分析, 对影响碳元素光谱的元素进行逐个筛选, 建立碳元素多元定标定量分析模型。根据模型计算结果采用方差分析处理得到煤粉碳元素定量分析结果如表2。
根据表2结果可以看出, 13号和14号的样品碳含量检测结果与定标样品的定量结果之间有着较高的符合度, 检测结果偏差保持在5%以内, 加上煤样品不均匀性的影响以及不可避免的实验失误, 说明通过LIBS多元定标定量法检测的结果与实际是比较符合的, 说明该种方法能够在煤粉碳元素的检测中发挥重要作用[3]。
3 结语
本文选用了14个煤品样本为实验检测对象, 通过实验设计和相关的定量分析计算模型, 对LIBS多元定标定量分析方法进行了探究, 探究结果说明LIBS多元定标定量检测方法能够在煤粉碳元素的检测过程中发挥积极作用, 通过该种方法能够获得比较精确的检测结果, 这为煤粉碳元素定量检测提供了可靠的技术支持, 在今后的检测过程中能够发挥十分积极的作用。
摘要：经济社会的快速发展促使工业不断发展, 煤炭资源作为现代工业发展的重要基础资源, 已经面临着巨大的资源危机, 加上低碳经济、清洁生产和保护环境的需要, 当前对煤炭质量以及燃烧效率的要求在不断提高, 相应的对煤粉碳元素的检测技术也在不断的发展。煤炭LIBS技术的应用能够对工业中煤炭燃烧的效率和相关参数进行定量计算, 进而工业用煤提供可靠的指导。基于此, 本文对煤粉碳元素的LIBS多元定标定量分析法进行了分析和探究, 以期为工业煤粉碳元素检测提供一定的支持。
关键词：煤粉,碳元素,多元定标法,LIBS定量分析
参考文献
[1] 董美蓉, 陆继东, 姚顺春, 陈凯, 李军, 李俊彦.基于多元定标法的煤粉碳元素LIBS定量分析[J].工程热物理学报, 2012, (1) :175-179.
[2] 樊炬, 王帝, 陆继东, 张博.基于激光诱导击穿光谱的燃煤挥发分定量分析[J].广东电力, 2015, (9) :7-11.
[3] 赵俊芳, 王生维, 秦义, 赵文秀, 陈文文, 杨健, 李瑞.煤层气井煤粉特征及成因研究[J].天然气地球科学, 2013, (6) :1316-1320.