探討直讀光譜的技術(shù)缺陷

金勝

激發(fā)光源是光電光譜儀中一個極為重要的組成部分，它的作用是給分析試樣提供蒸發(fā)、原子化或激發(fā)的能量。在光譜分析時試樣的蒸發(fā)、原子化或激發(fā)之間沒有明顯界限，這些過程式幾乎是同時進(jìn)行。而這一系列過程均直接影響到分析結(jié)果。樣品中組分析元素的蒸發(fā)、離解、激發(fā)、電離、譜線的發(fā)射以及光譜線的強(qiáng)度除了與試樣成分的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、原子量、化學(xué)反應(yīng)、化合物的離解能、元素的電離能、激發(fā)能、原子(離子)的能級物理和化學(xué)性質(zhì)有關(guān)以外，還跟所使用的光源特性密切相關(guān)。不同的激發(fā)光源對各類樣品、各種元素具有不同的蒸發(fā)行為和激發(fā)能量，因此要根據(jù)不同的分析對象，選擇具有相應(yīng)特性的激發(fā)光源。

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目前常用的光源有以下兩種：一類是經(jīng)典光源包括電弧及火花光源，其中以高壓控波光源、低壓火花高速光源和高能預(yù)火花光源在冶金分析中得到廣泛應(yīng)用，一類是等離子體光源居多，在不同領(lǐng)域中得到普遍采用。

光譜分析常用光源有以下幾種放電方式：

1. 高能預(yù)火花放電最大電流可達(dá)150安和燃燒時間為150微秒，這樣使試樣中燃燒斑點(diǎn)內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)更加均勻，由此來消除元素之間干擾及元素之間結(jié)合等效應(yīng)。

2.火花型放電對大多數(shù)元素重現(xiàn)性好。

3. 電弧型放電重現(xiàn)性要比火花放電差2—3倍，但對痕量元素檢出限要低得多。

因此在選擇光源時應(yīng)盡量滿足以下要求：

1.高靈敏度，隨著樣品中元素濃度微小變化，其檢出的信號有較大的變化；

2.低檢出限，能對微量及痕量成分進(jìn)行檢驗(yàn)；

3.良好的穩(wěn)定性，試樣能穩(wěn)定的蒸發(fā)、原子化和激發(fā)，使結(jié)果具有較高的精密度：

4.譜線強(qiáng)度與背景強(qiáng)度之比大(信噪比大)；

5. 分析速度快，預(yù)燃時間短；

6.構(gòu)造簡單，容易操作，安全；

7.自吸收效應(yīng)小，校準(zhǔn)曲線的線性范圍寬。

光源激發(fā)條件的選擇，要根據(jù)分析對象經(jīng)過試驗(yàn)來決定。 對于不同的試樣在不同的光源下其預(yù)燃時間是不一樣的，這主要取決于試樣在火花放電時的蒸發(fā)過程，它不僅與光源的能量、放電氣氛密切有關(guān)以外，還與試樣組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、夾雜物種類、大小等等密切有關(guān)。

在氬氣氣氛中的火花放電一般可以分為兩種極端狀態(tài)：濃縮放電和擴(kuò)散放電。當(dāng)放電是在金屬相上進(jìn)行時稱濃縮放電，當(dāng)放電是在非金屬相上進(jìn)行時稱擴(kuò)散放電。在氬氣中放電時，產(chǎn)生擴(kuò)散放電的主要原因有以下三個方面：1.氬氣的純度；2.氬氣的出入口管道或放電室的泄露是使放電過程中引入氧氣的第二個來源：3. 樣品本身是使放電過程中引入氧氣的第三個來源(如夾雜物，氣泡和裂紋等)；在氬氣中放電時，氬氣壓力，氬氣流量及沖洗時間也均影響光電光譜分析的結(jié)果。

基體效應(yīng)又稱共存元素、第三元素或伴隨物效應(yīng)，主要是指除了分析物以外存在于樣品中所有其他成分的影響，是光譜分析中引起譜線強(qiáng)度變化，使分析結(jié)果產(chǎn)生誤差的主要原因，這種效果應(yīng)又稱干擾效應(yīng)，是光譜分析中最為復(fù)雜的問題。

在實(shí)際工作中，由于分析試樣和標(biāo)樣的冶煉過程和物理狀態(tài)的差異，常使校準(zhǔn)曲線發(fā)生變化，通常標(biāo)樣多為鍛造和軋制狀態(tài)，而分析樣品多為澆鑄狀態(tài)，為避免試樣的冶金狀態(tài)變化給分析帶來的影響，常用一個與分析試樣的冶金過程和物理狀態(tài)一致的控制試樣，用于控制試樣的分析結(jié)果。

在光譜分析中，取樣方法及其對樣品的處理是至關(guān)重要的，它直接影響分析的精度和準(zhǔn)確度。在爐前分析時，對爐中鑄態(tài)鋼樣采取快速紅切，發(fā)現(xiàn)樣品有裂紋、夾雜和氣孔須重新取樣。遇低碳鋼將紅料放入流水中急冷，促使樣品組織結(jié)構(gòu)形成馬氏體和奧氏體，保證碳的分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。遇高碳樣品切割后反要采取暖冷，以免產(chǎn)生裂縫。鑄鐵和球墨鑄鐵分析，必須使分析樣品進(jìn)行充分的白口化，要求取樣標(biāo)準(zhǔn)化，如取樣溫度、脫模時間、冷卻速度。分析不同的材料，選用不同性質(zhì)的研磨工具也很重要。一般采用氧化鋁砂輪片，其顆粒是中等的，不要過細(xì)。樣品表面要去掉0.5～1.5毫米，因?yàn)闃悠繁砻嫜趸瘜油斐慑e誤的分析結(jié)果，尤其是對碳的分析結(jié)果更為顯著。

總之，檢測分析誤差總是存在的，重要是要正確的對待它，消除它。對于光電光譜分析來說，誤差的產(chǎn)生主要是來自以下五個方面因素的變化：

人：操作者的質(zhì)量意識，技術(shù)水平，熟練程度及身體素質(zhì)。

設(shè)備：設(shè)備維護(hù)是至關(guān)重要的,光源的性能及再現(xiàn)性，氬氣系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，試樣加工設(shè)備及其保養(yǎng)狀況。

試樣：待測試樣成分的均勻性，代表性，熱處理狀態(tài)及組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)。標(biāo)準(zhǔn)試樣和控制試樣成分的均勻性，成分含量標(biāo)準(zhǔn)值的可靠性，組織結(jié)構(gòu)的同一性。磨制樣品的方法及其效果都是關(guān)鍵。

分析方法：校準(zhǔn)曲線的制作及其擬合程度，標(biāo)準(zhǔn)化的過程及其效果，控樣的選擇及定值都要嚴(yán)格操作。

環(huán)境：控制好分析室的溫度、濕度、電磁干擾和清潔條件等。有了一個穩(wěn)定的操作環(huán)境，儀器的穩(wěn)定性才會好。

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