直读光谱仪的定义,工作原理,误差来源

由于我国材料技术的发展,工业企业对材料化学成分的控制要求越来越高,而传统化学分析方法速度慢,分析范围小,极大地制约了材料技术的发展,而光电直读光谱仪具有速度快、准确度高、操作简单、分析范围广等优点,是化学分析方法无法比拟的。因此,逐渐受到广大用户的欢迎。

直读光谱仪的定义,工作原理,误差来源

Foundry-Master系列落地式直读光谱仪

系统组成

光电直读光谱仪为发射光谱仪,主要通过测量样品被激发时发出代表各元素的特征光谱光(发射光谱)的强度而对样品进行定量分析的仪器。目前无论国内还是国外的光电直读光谱仪,基本可按照功能分为4个模块,即:

A、激发系统:任务是通过各种方式使固态样品充分原子化,并放出各元素的发射光谱光。
B、光学系统:对激发系统产生出的复杂光信号进行处理(整理、分离、筛选、捕捉)。
C、测控系统:测量代表各元素的特征谱线强度,通过各种手段,将谱线的光强信号转化为电脑能够识别的数字电信号。控制整个仪器正常运作
D、计算机中的软件数据处理系统:对电脑接收到的各通道的光强数据,进行各种算法运算,得到稳定,准确的样品含量。

光电直读光谱仪的测量误差受很多因素的影响,下面简单介绍其工作原理,再对测量误差进行详细分析,以使广大使用者更好、更准确地使用光电直读光谱仪。

工作原理

光电直读光谱仪采用的是原子发射光谱分析法,工作原理是用电火花的高温使样品中各元素从固态直接气化并被激发而发射出各元素的特征谱线,每种元素的发射光谱谱线强度正比于样品中该元素的含量,用光栅分光后,成为按波长排列的光谱,这些元素的特征光谱线通过出射狭缝,射入各自的光电倍增管,光信号变成电信号,经仪器的控制测量系统将电信号积分并进行模数转换,然后由计算机处理,并打印出各元素的百分含量。


误差分析

光电直读光谱仪虽然本身测量准确度很高,但测定试样中元素含量时,所得结果与真实含量通常不一致,存在一定误差,并且受诸多因素的影响,有的材料本身含量就很低。下面就误差的种类、来源及如何避免误差进行分析。

根据误差的性质及产生原因,误差可分为系统误差、偶然误差、过失误差及其他误差等。

系统误差的来源

  1. 标样和试样中的含量和化学组成不完全相同时,可能引起基体线和分析线的强度改变,从而引入误差。

  2. 标样和试样的物理性能不完全相同时,激发的特征谱线会有差别从而产生系统误差。

  3. 浇注状态的钢样与经过退火、淬火、回火、热轧、锻压状态的钢样金属组织结构不相同时,测出的数据会有所差别。

  4. 未知元素谱线的重叠干扰。如熔炼过程中加入脱氧剂、除硫磷剂时,混入未知合金元素而引入系统误差

  5. 要消除系统误差,必须严格按照标准样品制备规定要求。为了检查系统误差,就需要采用化学分析方分析多次校对结果。

偶然误差的来源

与样品成分不均匀有关的误差。因为光电光谱分析所消耗的样品很少,样品中元素分布的不均匀性、组织结构的不均匀性,导致不同部位的分析结果不同而产生。

其他因素误差及如何避免

  • 氩气不纯。当氩气中含有氧和水蒸气时,会使激发斑点变坏。如果氩气管道与电极如果氩气管道与电极架有污染物排不出,分析结果会变差。

  • 试样表面要平整,当试样放在电极架上时,不能有漏气现象。如有漏气,激发时声音不正常。

  • 样品与控制标样的磨纹粗细要一致,不能有交叉纹,磨样用力不要过大,而且用力要均匀,用力过大,容易造成试样表面氧化。

  • 对高镍铬钢磨样时,要使用新砂轮片磨样,磨纹操作要求更严格。

  • 试样不能有偏析、裂纹、气孔等缺陷,试样要有一定的代表性。

  • 电极的*应具有一定角度,使光轴不偏离中心,放电间隙应保持不变,否则聚焦在分光仪的谱线强度会改变。多次重复放电以后,电极会长尖,改变了放电间隙。激发产生的金属蒸气也会污染电极。所以必须激发一次后就用刷子清理电极。

  • 透镜内表面常常受到来自真空泵油蒸气的污染,外表面受到分析时产生金属蒸气的附着,使透过率明显降低,对波长小于200nm的碳、硫、磷谱线的透过率影响更显著,所以聚光镜要进行定期清理。

  • 真空度不够高会降低分析灵敏度,特别是波长小于200nm的元素更明显,为此要求真空度达到0.05mmHg。

  • 出射狭缝的位置变化受温度的影响最大,因此保持分光室内恒温30℃很重要,还要求室内温度保持一致,使出射狭缝不偏离正常。

  • 室内温度的升高会增加光电倍增管的暗电流,降低信噪比。湿度大容易导致高压元件发生漏电、放电,使分析结果不稳定。