提高ARL4460直讀光譜儀穩定性的探討

楊鳳娟　劉　珂　李　靜　李　鵬

(國家鋁及鋁制品質量監督檢驗中心，三門峽 472000)

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提高ARL4460直讀光譜儀穩定性的探討

楊鳳娟劉珂李靜李鵬

(國家鋁及鋁制品質量監督檢驗中心，三門峽 472000)

摘要：通過對直讀光譜儀方法原理的闡述和誤差來源的分析，提出了提高ARL4460直讀光譜儀穩定性的基本措施，確保分析過程中檢驗數據的可靠性。

關鍵詞：直讀光譜儀方法原理誤差來源穩定性

ARL4460直讀光譜儀操作方便、分析范圍廣、分析速度快、多元素同時測定、樣品制備簡單、檢出限低且精度高，廣泛應用于物理學、化學、生物等基礎學科以及冶金、機械、地質、農業、化工、環保等各個領域的金屬元素精確定性和定量分析[1-3]。在光譜定量分析過程中，由于受到人員、儀器設備、環境條件等方面的影響，使檢測數據與真實含量不可能完全一致，經常出現分析結果不穩定，偏差過大的情況。為確保分析結果的可靠性，從方法原理，誤差來源進行了分析，提出了提高直讀光譜儀穩定性的有效措施。

1方法原理

直讀光譜儀采用的是原子發射光譜方法，工作原理是利用光源發生器使樣品與電極之間激發發光，電火花的高溫在氬氣保護氣氛中使樣品中各元素直接氣化并被激發而發射出各元素的特征譜線，光譜線的強度與所屬元素的含量成正比關系，用光柵分光后，經出射狹縫照在其對應光電倍增管電陰極上，在高壓電源作用下，將光信號轉換成電信號，經儀器的控制測量系統將電信號積分進行模數轉化，然后由計算機處理，測量出各個元素的百分含量[4]。

2誤差來源

對光譜分析來說，誤差的來源主要有以下5個方面[5]：

(1)分析人員：分析人員的身體素質，熟練程度，技術水平及質量意識等。

(2)環境：分析實驗室的溫濕度、清潔程度和噪音等。

(3)儀器設備：電源穩定系統的精度；氬氣系統的穩定程度(包括凈化能力、壓力、流量等)；光譜儀系統的精度(包括光源的性質及其再現性，分光系統的精度，真空系統的能力等)；試樣的加工設備及所有這些設備的維護保養狀況。

(4)樣品：待測樣品元素成分、組織結構的均勻性、代表性及熱處理狀態；標準樣品及控制樣品元素成分均勻性及含量證書值的可靠性，其組織結構與待測樣品組織結構的同一性。

(5)分析參數：分析曲線選擇(包括曲線的制作及擬合程度等)，儀器參數設置(包括儀器參數的選擇、干擾元素修正的方式等)以及樣品制備方法。

3提高分析結果穩定性的基本措施

3.1合適的環境條件

(1)試驗室內環境溫度要求在23±5℃，每小時變化不超過5℃，相對濕度20%~80%；并配備專用地線，要遠離腐蝕性氣體，并做好防塵、防震。室內溫度的增加會使光電倍增管的暗電流增加、信噪比降低；濕度大容易使高壓元件產生漏電、放電現象，使分析結果穩定性差[6]。

(2)氬氣的供給純度必須達到99.995%，最高氧含量5×10-6。不純氬氣中的水分等雜質會影響激發效果，降低光強值，激發斑點變壞。而且水分經激發電離后產生氧，氧會吸收磷、硫等短波元素，使這些元素的光強值下降，從而導致分析結果出現偏差。如果氬氣純度不夠，應選購氬氣凈化裝置連接在氣路中[6]。

(3)為了保證儀器的分析精度，電源電壓變化要求應在-15%～+10%以內。由于電源電壓變化容易引起激發單元的放電電壓的改變，造成設備運行的不穩定，因此實驗室應配備交流穩壓器[6]。

3.2檢查儀器的狀態

(1)檢查氬氣凈化機溫度是否達到設定的溫度。

(2)檢查直讀光譜儀冷卻水水位是否在1/2至3/4處。

(3)調節氬氣壓力，使氬氣壓力在0.25～0.30MPa之間。

(4)根據樣品選擇分析曲線，由分析曲線選擇所用電極，保證建立分析曲線和樣品分析時所用電極一致，并用電極規調整電極。

(5)按照電源開關、水泵開關、真空泵開關、電子柜開關、負高壓開關順序打開光譜儀，用分析軟件中的讀取狀態功能檢查設備狀態，當各種狀態都達到后方能進行分析工作。

(6)打開氬氣開關，先打開原氣開關，再打開純氣開關，關氣時反之。

(7)通過多次激發廢棄樣品，使氬氣氣流穩定，并觀察激發點狀態，判斷氬氣是否正常。如果激發點發白，說明氬氣不純，繼續激發，如果始終不正常，應使氬氣再生。

(8)選擇一個有證標準物質進行分析，并與證書值進行比較，按照GB/T7999-2007判斷結果誤差是否在范圍之內，如果在范圍之內，說明設備正常，可以進行正常分析，如果超出范圍，需要根據結果分析原因，對設備進行描跡和曲線的標準化。

(9)元素的描跡

元素的描跡是檢查元素出射狹縫與入射狹縫的相對機械位置。由于入射狹縫受環境因素的影響，如溫度的急劇變化，振動等等，會發生微小的漂移，這些不規則的微小物理變化會使譜線信號的相對強度產生漂移，影響分析結果的穩定性。

(10)曲線標準化和類型標準化

標準化是對工作曲線的漂移校正，類型標準化是對曲線的某段進行校正。樣品在恒定的氬氣氛圍下激發時，火花放電的穩定性隨著溫度和激發條件的變化，譜線信號的相對強度也會發生漂移，影響分析結果的穩定性。一般在開始分析樣品前需要用標準化樣品對工作曲線進行再校準，包括標準化和類型標準化。標準化樣品選用設備出廠自帶標樣。類型標準化選用有證書的標樣，標樣各元素含量要有標準的化學分析結果；各元素含量分布均勻，沒有偏析現象；并且組織結構、澆注狀態和分析試樣盡可能一致并包括分析的全部元素。

3.3正確進行樣品分析

(1)樣品的制備

樣品的質量在很大程度上決定光譜分析結果的穩定性。樣品經車床加工后，其形狀和大小應滿足分析臺要求；整個激發面應能覆蓋住激發孔，成分均勻，表面平整，清潔，沒有灰塵、夾渣、裂紋等缺陷，樣品背面應無銹皮及油污，激發表面應無飛邊、毛刺，保證樣品和分析臺接觸良好，不能有漏光、漏氣現象。車樣時應做好冷卻，防止制樣過程中造成元素偏析[7]。

(2)樣品的激發

樣品制備好后，在分析臺上進行激發，激發點保持均勻，能代表整個樣品，每個樣品至少激發3次。在激發過程中注意聽激發聲音是否正常，激發正常的聲音應平穩、不尖銳；如果激發聲音尖銳，有可能是漏氣或者未激發，激發完成后觀察激發點狀態。每次分析前選擇一個有證標準物質作為質控樣，監控設備和曲線的狀態。每次激發過后都應清理激發臺，由于設備自帶曲線由針狀電極建立，當使用針狀電極時，不需要清理電極，當使用棒狀電極時，每次激發完成后都要用電極刷清理電極。當更改基體時，防止高含量元素對低含量元素的影響，激發臺、絕緣杯、電極整套都需要更換，以提高穩定性。

(3)分析結果的處理

激發完成后，各個激發點狀態正常，如果數據穩定(即SD%≤5%)，即可進行數據處理，如果出現數據偏差過大，多激發幾次，刪除不合適的點。如果多次測量后數據成組出現(激發點相近的點數據接近)，有可能是樣品成分不均勻造成，所有的檢測結果都要計入計算，確保分析結果的穩定性。

3.4定期做好儀器的維護保養

定期做好儀器的維護保養工作不僅可以大大減少儀器的故障率，還能提高分析結果的穩定性[8]。

(1)每次分析完成后應清理火花室、絕緣杯、分析架。

火花室因放電燃燒樣品，留下黑色沉積。故必須定期清理。用吸塵器吸掉金屬粉塵，如果需要，可以用軟刷來幫助清理。絕緣杯的清理，先用吸塵器清理，再用一塊乙醇稍稍潤濕的抹布去掉油脂或用10%的鹽酸溶液浸泡，清理干凈后用布擦干，放在干凈紙上。分析架的清理，用脫脂棉紗清理分析架的表面，以便去掉金屬粉塵或可能由手指留下的指痕，防止試樣平臺磨損后引起間隙。

(2)每月更換或清理濾塵器和濾芯，檢查水冷裝置。

(3)每月清理透鏡一次。

透鏡起聚焦透鏡作用，也起真空密封入射窗口作用。短波長元素最容易被沉積在透鏡上的贓物吸收。故一個月清理透鏡一次。透鏡清理后等15分鐘后再進行標準化，這樣可以吹走在清理過程中進入火花室和管道中的空氣。清理時用乙醇擦拭透鏡表面，然后用光學用紙擦拭干凈。當透鏡清理干凈，別再用手指觸及它的表面。當透鏡干燥后，按照反向操作順序把它放回到原來的位置。

4結論

通過對光電直讀光譜儀工作原理的闡述和光電直讀光譜儀誤差來源的分析，提出了提高分析結果穩定性的基本措施。在實際工作中，應認真學習光譜儀理論知識，正確選擇標準樣品和分析曲線，嚴格按照設備操作規程操作，并定期對儀器進行校準、維護和保養，努力提高操作技術水平，確保分析過程中檢驗數據的可靠性。

參考文獻

[1] 韓春蕾.直讀光譜儀在有色金屬分析中的應用[J].科研發展,2013(1):88.

[2] 劉珂,楊鳳娟,孫繼衛. ARL-4460型直讀光譜儀測量食用、藥用鋁合金中Cd元素含量的不確定度評定[J].價值工程,2013,32(1):307-308.

[3] 羅斌.如何提高直讀光譜儀檢測結果的準確性[J].中國高新技術企業,2012(7):98-100.

[4] 廉恩常.光電直讀光譜儀的工作原理及誤差分析[J].中國計量,2010(7):96-97.

[5] 鄧斯予.試論光電直讀光譜儀的工作原理及誤差[J].化學工程與裝備,2013(2):162-163.

[6] Thermo Fisher Scientific Inc.RTh ARL4460 User Manual [M],2010.

[7] 劉偉明,李洪,孫琳琳,等.SPECTRO 光電直讀光譜儀的取樣與使用[J].光譜實驗室,2009,26(2):331-332.

[8] 劉偉明,李洪,孫琳琳,等.直讀光譜儀使用中的日常維護與一般故障排除[J] .光譜實驗室,2009,26(3) :673-674.

Study on improving stability of ARL4460 direct-reading spectrometer.YangFengjuan，LiuKe，LiJing，LiPeng

(NationalCenterofQualitySupervisionandInspectiononAluminumandAluminumProducts，Sanmenxia472000，China)

Abstract:This paper put forward the basic measures for improving stabilization of ARL4460 direct-reading spectrometer to ensure the reliability of the test data in the process of analysis.

Key words:direct-reading spectrometer; method principle; error source; stability

收稿日期：2015-06-11

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2016.01.019

作者簡介：楊鳳娟，女，1982年出生，碩士研究生，工程師，主要研究方向：鋁及鋁合金產品質量檢驗，E-mail：yangfj1982@163.com。