光電直讀光譜儀的工作原理及誤差分析

摘要：由于我國社會經濟水平的不斷提高，化學材料技術也在不斷發展。在材料化學中，想要獲得材料的基礎信息，就需要用到光電直讀光譜儀。本文敘述了光電直讀光譜儀的工作原理，并對其誤差進行了分析。

關鍵詞：光電直讀光譜儀；工作原理；誤差

隨著科技水平的不斷提升，進行光譜分析的儀器也在不斷的變化，目前比較先進的儀器就是光電直讀光譜儀。目前，光電直讀光譜儀被廣泛應用到金屬材料的光譜分析中，在化學材料領域發揮著重大的作用。

一、光電直讀光譜儀的工作原理

當光照射到材料上的時候，就會使材料的基礎分子結構中的電子發生變化，從而改變材料對于光的反應變化，而光譜儀能夠有效的檢測到這種變化。光譜儀能夠把復色光的不同波長進行分離處理，通過一些別的儀器來獲得光譜中的波長及其強度。目前這種光譜的分析在很多方面都被廣泛應用，極大的提高了材料分析的效率。對于不同類型的光譜，比如拉曼光譜、熒光光譜等，都可以進行光譜分析。當前的單色儀的光譜范圍比較寬并且分辨率也比較高，并且可以利用電腦進行波長的自動掃描，這樣就可以利用相應的設備來做一些對性能要求比較高的檢測，在進行光譜分析的時候一般都通過電腦來掃描單色儀。當光線透過入射狹縫的時候，一般都要用光學準直鏡將復合光轉換為平行光，這些平行光通過衍射光柵后就會呈現出不同的波長，利用聚焦反射鏡將這些不同的波長成像為出射狹縫，并且可以利用電腦來控制出射的波長。由于金屬材料與電極之間會產生放電現象并且產生輝線光譜，這樣就能利用光電直讀光譜儀進行測定，來確定金屬材料當中所含有的元素數量。在進行材料的分析時，要通過光源的電源進行激發，然后光就能在聚光透鏡的幫助下進入到入口狹縫當中，并且分光會出現在衍射光柵上，這樣只需要獲得衍射光柵上的光譜就可以，并且通過光電倍增管將這些光轉換為電流[1]。

二、光電直讀光譜儀的特點

光電直讀光譜儀是目前進行材料分析的時候一種比較有效的方法，其有著一些比較好的特點，比如操作要求低，通過電腦自動化分析、對光譜的分析范圍大并且速度很快、進行分析的時候靈敏度比較高、獲得的誤差比較小。一般在利用光電直讀光譜儀進行分析的時候一個人就可以完成操作，利用電腦的自動化系統來進行分析，完畢之后相關人員只需要將化驗結果打印出來即可。并且將這些化學材料的信息儲存到數據庫當中，在以后進行使用的時候可以快速的查詢到，特別是在進行配制合金的時候利用這些數據進行分析，保證配制的科學合理。在進行光電直讀光譜儀的使用之前，要根據不同的情況選擇不同的基體，比如要想檢測鐵成分就需要使用鐵基。并且還要保證在檢測元素的時候光電直讀光譜儀當中有相應的通道，要根據企業的實際情況來確定元素的檢測通道，保證通道不僅能夠滿足當下的檢測要求，還能在以后進行檢測的時候能夠使用。光電直讀光譜儀根據不同的條件有著不同的分類，根據波長范圍有真空型和非真空型，其中非真空型能夠檢測的光譜波長在紫外區和可見區當中，真空型則能檢測到比較短的光波波長；根據通道有單通道光譜儀以及多通道光譜儀。

三、光電直讀光譜儀的誤差分析

使用光電直讀光譜儀對化學材料的元素進行檢測分析的時候，化驗結果與真實的元素含量總是存在一些差距的，這些誤差在測量的時候一般都存在，根據其性質的不同可以分為系統誤差、偶然誤差以及過失誤差，下面就對這幾種誤差的產生來源以及原因進行分析。

1、系統誤差

系統誤差一般也稱為可測誤差，由于它是在進行分析的時候受到一定因素影響而產生的，所以這種誤差是可以進行測量的。一般情況下，系統誤差總是偏高或者偏低。比如在測量光譜標樣的時候，可以發現化驗結果與實際含量總是存在著一定的誤差，這種誤差就可以稱之為系統誤差[2]。我們可以利用系統誤差來校正測量值，從而保證化驗結果的準確性。一般系統誤差的來源主要有以下幾種：

（1） 材料的實際情況不符合理論狀態。由于金屬材料經常會受到外界因素的影響，這樣就會導致其內部的分子結構發生變化，在進行光譜直讀分析的時候就會與理論的數據存在著一些差距。

（2） 在進行分析的時候摻雜其它元素。一般在檢測試樣中的其他元素與標準樣品當中的其它元素含量情況不太相同，這樣就會造成化驗結果產生誤差。

（3） 在分析光譜標樣的元素含量的時候也會產生一些誤差。

（4） 實際的元素光譜中會有一些未知元素的光譜，這樣也會產生系統誤差。

（5） 氬氣不是純凈的。一般如果在氬氣中產生氧氣或者水蒸氣，都會使氬氣發生斑點變壞的現象。如果在氬氣管道和電極架之間有污染物的時候，就會影響檢測的結果，從而造成系統誤差。

（6） 塢電極也會影響系統誤差。在進行光譜分析的時候，塢電極的頂尖角度是一定的。但是在長期的使用中，塢電極會的頂尖就會延長，從而影響到光譜分析的結果。并且在塢電極的激發的時候會產生一些金屬蒸氣，這些金屬蒸氣會污染透鏡，從而在檢測的時候產生系統誤差。

（7） 透鏡引起的誤差。在透鏡的內部一般都是真空的，但是其內表面經常被真空泵油蒸氣污染，外表面被金屬蒸氣污染，這樣就會降低光的透過率。這樣在測量的時候就會引起系統誤差，所以相關人員要及時的清理聚光透鏡。

2、 偶然誤差

偶然誤差也是一種隨機誤差，其主要是因為一些偶然的因素而造成的誤差，比如檢測溫度、振動等。這些誤差的產生是不可控制的，并且能夠影響到檢測的精密度。一般偶然誤差的來源有以下幾種：

（1） 進行檢測的材料成分不均勻。在進行光電直讀光譜分析的時候，在材料中元素的分布沒有呈現出均勻性，所以在對不同位置進行分析的時候，檢測結果也是不同的。這主要是因為材料在進行煉制的時候，有時候會摻雜一些雜質，還有材料在冷卻的時候會產生氣孔、砂眼等缺陷。

（2） 材料表面不工整造成誤差。一般在進行材料的電極激發的時候，要求不能漏氣。如果發生漏氣的現象，就會造成氣壓的不穩定，產生斑點變白的情況，這樣就會影響到檢測的結果。

（3） 材料比較薄也會發生誤差。如果材料比較薄的話，在進行檢測的時候如果發熱甚至激穿材料，從而影響到檢測的結果。

（4） 進行材料分析時沒有按照相關的操作進行。在進行磨樣的時候，要保證操作符合要求，如果操作不當，就可能給檢測結果帶來誤差。

3、 過失誤差

過失誤差主要由于相關人員在操作的時候由于操作不當而引起的誤差，其沒有一定的規律。與系統誤差和偶然誤差不同，過失誤差的產生是無法進行預測避免的，一般當過失誤差產生以后，一般這組檢測結果都不會被采用[3]。

在利用光電直讀光譜儀進行檢測的時候，從最開始的磨樣到化驗結果的產生，中間是存在若干環節的，這些不同的環節中都可能發生誤差。如果沒有過失誤差，那么誤差的就是系統誤差和偶然誤差相加得到的，這種誤差決定著進行光譜分析的時候是否正確。一般通過正確性和再現性來檢驗分析的正確度。正確性就是檢測結果與理論結果的差距程度，如果誤差比較小的話，其正確性就比較高。再現性是進行多次分析檢測之后，誤差是否接近，如果偶然誤差比較小，那么就說明檢測的再現性比較高。

結束語

在利用光電直讀光譜儀的進行化學材料的分析時，由于各種因素總是會產生一些誤差的。檢測人員要采取相關的措施，最大程度的減少檢測的誤差，保證檢測分析的精密性，從而提高化學材料分析的水平。

參考文獻：

[1] 葉青. 光電直讀光譜儀使用中誤差分析及消除對策-以檢測不銹鋼成分為例[J]. 現代商貿工業， 2016， 37（20）：180-181.

[2] 王日益， 郭建峰， 韋海弟. 光電直讀光譜儀在鋁合金分析中的應用研究[J]. 企業科技與發展， 2014（11）：27-29.

[3] 吳齊偉. 光電直讀光譜儀分析的誤差探討[J]. 現代冶金， 2006， 34（4）：52-53.

作者簡介：姚強，身份證號碼：622826198908293917.