光電發射直讀光譜儀分析條件的選擇

王許定

摘 要：在利用光電發射直讀光譜儀進行分析檢測工作時，選擇正確的分析條件是開展分析檢測工作的前提，這里詳細闡述了光電直讀光譜分析條件的選擇。

關鍵詞：光電直讀光譜儀;分析條件;選擇

直讀光譜儀是快速分析金屬材料常用儀器之一，它具有快速、準確、精度高、操作簡單等特點，是化學分析方法無法比擬的，隨著直讀光譜儀使用更加廣泛和普及，目前直讀光譜儀已不再是爐前快速分析的專用儀器，很多成品和半成品也用直讀光譜分析結果作為最終分析結果。所以要獲得準確分析結果，儀器的正確使用尤為重要，在直讀光譜分析中，沒有正確的選擇分析條件，導致儀器不穩定，會使分析結果產生很大波動，為了便于使用者處理儀器使用中所出現的異常現象，縮短儀器停機時間，提高分析的準確性，就直讀光譜儀分析條件的選擇及常見問題的處理進行探討。

1 儀器及工作條件

儀器設備 ARL3460直讀光譜儀（火花光源，真空型，標準光柵）;CZA-4C 氬氣凈化器;車床或全自動銑樣機。工作條件 氬氣純度 ≥99.996% ;氬氣壓力0.25MPa～0.35MPa;室溫? 18℃～25℃;濕度 <75%;光譜儀光譜室真空度0～30;光室溫度：應為32℃±0.1℃;光電倍增管負高壓應為-1000V;狹縫位置：掃描刻度盤。

2 光源參數

發射光譜分析的準確度和靈敏度和光源的條件密切相聯。而只有對光源條件進行試驗后，才能確定選擇出各種金屬材料的最佳分析條件。電容、電感、電阻的作用，這三個電學參數對分析元素的再現性是很重要的。目前各生產商的光電直讀光譜儀的光源參數，生產廠在出廠時已調整好了，因此可改變的參數就是放電次數。

這兩種放電在間隙中釋放出的能量相同、凝聚放電形式的樣品蒸發較劇烈，放電集中在樣品的較小面積上，而擴散放電形式樣品的蒸發不激烈。凝聚放電在陰極處的放電電流密度大。以上兩種放電所得分析結果差別很大。

3 電極間距的選擇

激發時電極間距的大小對分析精度是有很大影響的，電極間距過大穩定性差，又難于激發，精度也差。電極間距較小，雖然激發容易，可是隨著放電次數的增加，輔助電極凝聚物質增加，容易造成長尖使得間距變小，這樣也會影響分析精度，特別是對間距變化敏感的分析元素分析精度更差。所以電極間距不能過大也不能過小，一般分析間隙采用3-5毫米，由極矩規來調整。

4 氬氣流量的選擇

光電發射光譜分析的準確度和靈敏度與分析間隙中的激發氣氛有很大關系。火花室中的空氣（主要是O2，N2和水蒸汽）對紫外光有強烈的吸收作用，使譜線的強度變弱，分析靈敏度下降，同時在激發過程中由于選擇性氧化，產生第三元素的影響，使分析再現性變差。激發過程中產生的大量金屬蒸汽，容易污染聚光鏡和火花室，也會影響分析精度。

為了在分析各種合金元素時，避免空氣的影響，激發放電過程要在惰性氣體氬氣氣氛中進行，同時激發過程中生成的金屬蒸氣排出火花室。不同元素對氬氣純度要求不同，氬氣的流量、壓力不僅要合適而且要穩定，否則會得到不準確的分析結果。氬氣流量小，不能排除火花室中的空氣和試樣激發分解出來的含氧化物，結果會引起擴散放電，因此氬氣流量不能過小。

5 預燃時間和曝光時間的選擇

5.1 預燃時間

在光電光譜分析中，對試樣的激發需要一段予燃時間。試樣在充有氬氣的火花室中激發，空氣絕大部分被趕跑，所以激發放電中選擇性氧化的影響、氧化吸收紫外線的影響就比較小，但依然存在著復雜的物理化學過程，如蒸發、擴散的過程等。必須經過一定的時間后，才能達到穩定的放電，即各元素譜線的絕對強度和相對強度更趨于穩定，此過程稱為予燃階段。但這個過程要比在空氣中短些。并且對于不同的鋼種，不同的元素的予燃曲線是不一樣的。

5.2 曝光時間

曝光時間的確定，主要取決于激發樣品中元素分析的再現性好壞。曝光過程是光電流向積分電容中充電（也稱積分）的過程。積分的結果可認為是取光電流的平均值，所以積分時間不易過短。為了保證分析精度，使火花放電的總次數在2000～3000次左右。使基體元素和分析元素的光強值和比值比較適中。在正常分析時，曝光時間一般采用3—5秒。但是采用不同的光源曝光時間也不同，曝光時間長短與光源的能量大小有關。

對于予燃時間的選擇可以采用描跡法和積分法來確定。描跡法是做出各元素的予燃曲線，綜合兼顧每個元素達到穩定的時間、確定共同的予燃時間。積分法是在不同的予燃時間下，反復激發試樣，觀察其各元素分析結果的再現性，從而選出適當的予燃時間。予燃時間的長短與光源性能有關，能量大的，予燃時間就會短些。可以根據具體的分析類型進行選擇：

（1）對于中低含量合金予燃時間可選4—6秒;

（2）高合金含量的予燃時間可選5—8秒;

（3）易切削材料的預燃時間可為10—30秒。

6 激發電極的選擇

發射光譜分析使用的激發電極種類很多，有碳，銅、鋁、鎢、銀等等，需要根據分析方法、分析對象而選用不同的激發電極。選擇的原則是要保證較好的分析精密度，并且電極材料中不應該含有被分析的元素;電侵蝕要小;在光電光譜分析時，還要連續多次使用，以便提高分析速度。用銀電極做激發電極時，容易得到純度高的銀，由于銀的熔點高，熱容量和導熱性能好，有良好的導電性和抗腐蝕性。在進行鋼鐵分析時，一般鋼中不含銀，用銀做激發電極分析精密度比較高，銀電極頭須車成園錐體，頂端成90。角。但使用單向放電的激發光源，在放電時激發電極易被侵蝕，因此采用鎢棒作激發電極，用鎢電極一般不容易長尖，可連續使用數百次也不要清理電極，可以提高分析效率，適合大批量分析。

7 內標元素線的選擇

不管使用什么樣的光源，從試樣進入火花間隙的原子是不可能等量的，每次激發原子盡管相同，但由于光源稍有漂移，就會使得到的譜線強度發生變化，譜線強度不可能得到再現。特別是在照相光譜分析方法中，變化因素很多，由于應用“內標法”的方法，就可明顯地補償了這些變化因素，提高了分析精密度。作光譜定量分析，一般都用內標法。但在光電光譜分析時，要安裝許多內標元素通道是很困難的，因此采用同一內標線。分析時常以樣品中的基體作為內標元素。所以內標線即為基體元素的一條譜線。當激發光源有波動時，組成分析線對的兩條譜線的強度雖然有變化，但強度比或相對強度能保持不變。

8 高低標試樣的設置

在日常分析中，經常校正工作曲線是非常重要的，一般繪制中低合金含量的一條工作曲線需要使用十幾塊標準樣品，并且需要幾個小時的時間才能完成制作任務。選擇一組標準化樣品是非常不易的事情，其中包括所有要分析的元素的高含量和低含量。標準化樣品必須在制做元素工作曲線的同時，把標準化樣品激發，以保證曲線沒有偏移和給定值是正確的。如果不使用高低標校正，而是每次都進行完全標準化，對每個標準樣品進行測試需要花費很長的時間，而且標準化樣品價格很貴大量消耗必然增加分析成本。

9 結語

光電直讀光譜儀是光和電結合的精密儀器，正確地選用分析條件，保持光譜儀各部件的高性能和高指標，是保證分析結果的前提，正確的選擇了各種條件，能夠得到穩定和準確的分析結果，提高分析檢測效率，節約分析成本。