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激光诱导击穿光谱（LIBS）技术测量铀矿石时信号不确定性高。研究人员基于光谱标准化法，利用基质中其他元素信息补偿被测元素总粒子数密度波动。结果显示该方法显著降低信号不确定性，提升铀定量分析性能，为相关元素分析提供新途径。
随着全球对能源需求的不断增长，以及人们对传统化石燃料带来的环境问题的担忧日益加深，核能作为一种清洁、高效且零碳排放的能源，在全球能源格局中的地位愈发重要。其中，铀作为核反应堆的关键燃料，其资源的稳定供应对于核能产业的发展至关重要。然而，当前铀矿的勘探、开采和冶炼效率却面临着巨大挑战，而这背后的关键因素之一，便是缺乏快速、准确的铀元素含量检测技术。
传统的铀元素测定方法，如容量法、分光光度法等，不仅耗时极长，无法满足实时检测的需求，还会在测量过程中产生大量放射性废液，对环境造成严重污染。近年来，一些新的在线快速分析技术，如 X 射线荧光光谱法（XRF）和瞬发伽马中子活化分析（PGNAA）逐渐被应用于铀矿石检测领域。但 XRF 在面对复杂基质时，基质效应严重，而且实验过程存在辐射风险；PGNAA 技术则需要昂贵的设备，同时也伴随着较高的辐射风险。
在这样的背景下，激光诱导击穿光谱（LIBS）技术脱颖而出。LIBS 是一种新兴的原子光谱技术，它只需用高能量脉冲激光聚焦在样品表面，激发产生等离子体，再通过收集发射光谱，就能实现对样品元素组成的分析。凭借微损耗、远程测量、在线分析以及可同时分析多种元素等优势，LIBS 在煤炭、冶金、环境监测等多个领域取得了快速发展，被视为检测铀矿石中铀元素的极具潜力的技术。
尽管 LIBS 在铀元素检测方面展现出了一定的潜力，但目前针对铀元素的精确定量分析研究却相对较少。已有的相关研究中，在处理较为复杂的矿石样品时，测量精度也不尽如人意。这主要是因为基质效应和高信号不确定性严重阻碍了 LIBS 技术在铀元素精确量化方面的应用。为了克服这些难题，众多研究人员进行了不懈探索，提出了各种等离子体调制方法，如双脉冲 LIBS、腔约束 LIBS、磁场约束 LIBS 等，同时也尝试利用 LIBS 信号理论模型来校正信号波动，像光谱标准化和总粒子数密度归一化等方法，但这些方法在测定铀矿石中的铀元素时，都存在一定的局限性。例如，光谱标准化和总粒子数密度归一化需要被测元素具有多条独立的分析谱线来校正等离子体参数，然而在铀矿石中，铀元素能级发射线密集，矿石基质复杂，部分铀元素的强线会受到铁等基质元素的干扰，而一些弱分析线又因铀浓度较低难以显现，导致很难找到多条独立的铀发射线。
为了解决这些问题，研究人员开展了一项基于光谱标准化算法模型的研究。他们通过添加样品基质信息，利用基质元素与铀元素之间的关系，补偿铀元素总粒子数密度的波动，以此来降低铀信号的不确定性，提升铀在矿石中的定量分析性能。该研究成果发表在《Analytica Chimica Acta》上。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，采用偏最小二乘法回归（PLSR）模型对主要元素硅进行建模；其次，选择 UII 409.013nm 特征谱线作为铀元素的主要分析线，这是因为该谱线在铀矿石样品中的信号强度和检测限表现最佳。
下面来看具体的研究结果：
- 方法改进思路验证：研究人员基于光谱标准化法进行改进，在新方法中利用基质中另一种元素的信息来补偿被测元素总粒子数密度的波动。以硅元素为例，先通过硅元素的多条谱线表征其总粒子数密度，再依据硅元素与铀元素的相关性得到铀元素的总粒子数密度。
- 铀元素检测性能提升：在对铀矿石的评估实验中，新方法取得了显著成效。使用硅元素信息估计铀元素总粒子数密度后，UII 409.01nm 谱线的相对标准偏差（RSD）从原来的 23.03% 大幅降低至 9.41%；铀元素定量模型的测定系数（R2）由原来的 0.9129 提高到 0.9921；预测均方根误差（RMSEP）从原来的 0.2586 降至 0.0670 。这一系列数据表明，新方法有效降低了信号不确定性，极大地提升了铀元素在矿石中的定量分析性能。
研究结论与讨论部分强调了该研究的重要意义：这种改进后的光谱标准化方法，利用基质中其他元素信息来估计被测元素总粒子数密度，不仅能大幅降低像铀这种光谱干扰严重、可分析谱线较少元素的信号不确定性，还拓展了原光谱标准化模型的适用范围。在铀矿石检测领域，该方法的成功应用为后续相关研究和实际生产提供了新的思路和方法，有望推动铀矿勘探、开采和冶炼等环节的技术革新，提高铀资源开发利用的效率和安全性。同时，也为其他存在类似光谱分析难题的元素检测提供了参考，具有广泛的应用前景和研究价值。
