直讀光譜儀基本使用知識介紹
發(fā)布時(shí)間：2020-12-02
1、怎樣選擇合適的分析譜線?
元素的分析線多為其靈敏線，應(yīng)選擇自吸小、展寬較小、無其他元素干擾等特點(diǎn)的譜線。對于不同的基體，同一元素的分析線可能不同;即使同一基體的同一元素，在低含量段和高含量段的分析線也會不同。多道式光譜儀受PMT排布的限制，一般最多只能測量60多條譜線，在譜線的選擇上很難根據(jù)基體、含量和干擾情況做最優(yōu)化的配置，如Si的分析線一般只提供一條;而全譜型光譜儀一次采集即可獲得上萬條譜線，譜線選擇更為靈活。如，在低合金鋼中，Si的分析線選288.16，可以使探測限更低;在不銹鋼中Si288.16干擾嚴(yán)重，Si251.16更適合;在鋁硅鑄造合金中，Si的含量較高，Si390.55更合適。
注意：同一元素在不同基體中的最佳分析線可能不一致，一般按照《分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室手冊》或相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)上的推薦來設(shè)置，若推薦譜線不合適，可選擇火花強(qiáng)度適宜，無自吸和自蝕的銳線。
2、光電直讀光譜儀的驗(yàn)收指標(biāo)有哪些?
直讀光譜儀的驗(yàn)收指標(biāo)可參考《JJG768-2005 發(fā)射光譜儀檢定規(guī)程》，最主要的是直讀光譜儀的重復(fù)性和穩(wěn)定性。
其中，重復(fù)性反應(yīng)儀器的基本性能及誤差影響，是最主要的驗(yàn)收指標(biāo)。重復(fù)性良好，說明數(shù)據(jù)波動(dòng)較小，具備準(zhǔn)確測定的能力。如果數(shù)據(jù)重復(fù)性不好，數(shù)據(jù)之間相差較大，就無法確定哪一個(gè)數(shù)據(jù)更可靠，也就無法完成準(zhǔn)確的測量。
穩(wěn)定性是測量儀器保持其計(jì)量特性隨時(shí)間恒定的能力，衡量儀器一段時(shí)間內(nèi)測量結(jié)果的波動(dòng)性，決定了儀器的校準(zhǔn)周期，穩(wěn)定性好可以適當(dāng)延長校準(zhǔn)時(shí)間，降低儀器的使用成本。
很多人在驗(yàn)收過程中，僅關(guān)注準(zhǔn)確度，這種認(rèn)識是片面的。直讀光譜儀的定量方法屬于參照法，即需要一系列的標(biāo)樣來制定工作曲線作為參照標(biāo)準(zhǔn)，再通過對比待測元素的強(qiáng)度，計(jì)算出元素含量。由于標(biāo)樣和實(shí)際樣品存在差異，測量結(jié)果勢必有一定的偏差，但這種偏差可以通過控樣來修正。因此，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度除了與儀器有關(guān)外，還與控樣的質(zhì)量有密切的關(guān)系，只有重復(fù)性和穩(wěn)定性才直接體現(xiàn)儀器性能的好壞。
3、如何對譜線進(jìn)行校正?
由于外界環(huán)境變化、儀器設(shè)施改動(dòng)和時(shí)間累積等原因，譜線會發(fā)生漂移，此時(shí)可利用光譜校正標(biāo)樣對儀器進(jìn)行校正，光譜校正標(biāo)樣屬于儀器的配套產(chǎn)品，在使用過程中應(yīng)當(dāng)節(jié)約，盡量不要用作其他用途。當(dāng)光譜校正標(biāo)樣使用完以后，請聯(lián)系儀器維護(hù)工程師，不建議自行購買。一般校正的方法如下：
全譜型：只需激發(fā)單塊標(biāo)樣，即可通過軟件算法自動(dòng)完成所有譜線的校正。
多道型：通過描跡完成校正，校正時(shí)需激發(fā)一組標(biāo)樣才能完成所有通道的校正，如果儀器各通道的漂移不一致，單純的描跡無法完成校正，需要通過調(diào)整出射狹縫位置或折射鏡角度，來校正譜線的變化，此操作需要專業(yè)的維修工程師才能完成。
4、為什么要扣除光譜背景?
若標(biāo)準(zhǔn)樣品和被測樣品的背景不一致時(shí)，容易引起測量誤差;背景強(qiáng)度過大時(shí)，嚴(yán)重影響低含量元素的測定，同時(shí)造成儀器檢出限過高。因而，扣除背景有利于提高分析結(jié)果的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，提升儀器靈敏度和檢出限。
多道型直讀光譜儀測量的是各通道出縫寬度內(nèi)的光強(qiáng)累加值，無法區(qū)分背景強(qiáng)度和譜線強(qiáng)度，測量精度受到背景強(qiáng)度的影響。
全譜型直讀光譜儀可以獲得每條譜線的輪廓信息，因此可結(jié)合背景校正技術(shù)，正確區(qū)分背景和譜線，有效提高測量精度。
5、如何選擇控樣?
使用控樣的思想就好比天平的砝碼調(diào)節(jié)?？貥幽軌驕p少曲線漂移，儀器波動(dòng)，樣品冶煉和加工工藝等帶來的差異，建議測定樣品時(shí)一定要使用控樣校正。
控樣應(yīng)該是一個(gè)與分析試樣的冶金過程和物理狀態(tài)一致的標(biāo)準(zhǔn)樣品，其各元素含量應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確可靠、成分均勻、外觀無氣孔、沙眼、裂紋等物理缺陷，并且各元素含量應(yīng)位于校準(zhǔn)曲線含量范圍之內(nèi)，盡可能與分析樣品的含量接近。《校正標(biāo)樣在光電直讀法中的分析研究和運(yùn)用》(張存貴郝艷峰)一文報(bào)道：通過實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)，用自己熔煉的校正樣品分析比用市場上采購來的樣品分析準(zhǔn)確性更好，因而建議有實(shí)力的廠家，最好是把自己的產(chǎn)品熔煉后重新定值作控樣。
6、直讀光譜儀的安裝須滿足什么條件?
環(huán)境要求：
(1)光譜儀應(yīng)置于專用的工作空間，附近應(yīng)無有害、易燃及腐蝕性的氣體，不要與化學(xué)分析
放在一起。
(2)保證至少十平方米以上空間。
(3)工作溫度：(10～30)℃，因儀器工作需要恒溫條件，室溫波動(dòng)要盡量小，室內(nèi)需要安
裝空調(diào)。
(4)存儲溫度：(0～45)℃。
(5)環(huán)境相對濕度：(20～80)%，對于潮濕地區(qū)，需配備一臺除濕機(jī)。
放置位置要求：
(1)光譜儀應(yīng)該放置在一個(gè)平整、穩(wěn)定的位置，不應(yīng)該有震動(dòng)。
(2)光譜儀的背面與墻之間應(yīng)該留有適當(dāng)?shù)木嚯x以方便安裝與維護(hù)。
電源要求：
(220±20)V AC，50Hz，保護(hù)性接地的單相電源。電源的PE接地必須可靠，以保證儀器正常
工作和避免人體觸電。如果不能保證PE可靠接地，請為儀器提供一條專用地線。
為保證儀器的正常使用，請為儀器配備一臺(1~2)KVA(視接負(fù)載量而定)的單相220V 交
流參數(shù)穩(wěn)壓器。
氬氣要求：
(1)氬氣純度≥99.999%;
(2)氬氣入口壓力：0.5MPa;
標(biāo)準(zhǔn)樣品：
準(zhǔn)備適合自己產(chǎn)品類型的標(biāo)準(zhǔn)樣品或內(nèi)控樣品。
7、地線和電源的質(zhì)量為什么會影響檢測結(jié)果?
光源產(chǎn)生的電磁輻射被屏蔽罩吸收并隨地線釋放，假如接地不良，這些干擾電壓就會影響各弱電回路的地電位，從而造成控制系統(tǒng)誤動(dòng)作，模擬信號失真，分析精度差等問題。所以經(jīng)常維護(hù)地線是十分必要的。一般要求零線和地線之間的電壓小于2V，最大不能超過5V。
光電直讀光譜儀基于光電轉(zhuǎn)換原理，若電源電壓不穩(wěn)會造成激發(fā)光源的能量波動(dòng)，采集信號異常等問題，因此直讀光譜儀使用過程中一般要配有穩(wěn)壓器。另外，由于大功率電器會影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性，從而影響直讀光譜儀的測量精度，而強(qiáng)輻射的電器也會通過空間電磁場干擾數(shù)據(jù)的采集，引起測量誤差，因此直讀光譜儀還應(yīng)避免與大功率、強(qiáng)輻射電器同時(shí)使用。
8、溫度對光譜儀有什么影響?
直讀光譜儀屬于精密測量儀器，光學(xué)系統(tǒng)微小的變化(如結(jié)構(gòu)件的熱脹冷縮等)即會引起很大的測量誤差，因此光譜儀在設(shè)計(jì)時(shí)會對光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行恒溫控制。但即使如此，外界溫度的變化仍會影響恒溫系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài)，引起測量誤差，因此為了保證測量結(jié)果的精密度，應(yīng)盡可能減小使用過程中環(huán)境溫度的波動(dòng)，最大不應(yīng)超過5℃。
另外，大多數(shù)光譜儀廠家對儀器的使用溫度都有嚴(yán)格的限制，一般在10-30℃之間。首先是因?yàn)閮x器在工廠校準(zhǔn)時(shí)的溫度在20℃左右，10-30℃內(nèi)使用可以獲得較好的測量精度，其次儀器的部件及設(shè)計(jì)在10-30℃范圍內(nèi)具有更高的可靠性，超出該溫度范圍使用，會引起可靠性下降，嚴(yán)重的還會引起儀器故障;另外，光譜儀一般把光室的溫度控制在34~38℃之間的某個(gè)溫度點(diǎn)(不同型號儀器恒溫溫度不同)，為了確保光譜儀的恒溫控制正常工作，儀器使用的環(huán)境溫度必須與光譜儀恒溫溫度有一定的溫差，因此要求儀器使用環(huán)境溫度低于30℃。
因此，直讀光譜儀在使用過程中應(yīng)嚴(yán)格控制環(huán)境溫度，配備足夠功率的空調(diào)系統(tǒng)。
9、直讀光譜儀在什么情況下必須做標(biāo)準(zhǔn)化?
儀器正常使用的情況下，需要定期(一般為一周)做標(biāo)準(zhǔn)化。若測試數(shù)據(jù)精確穩(wěn)定，可適當(dāng)延長標(biāo)準(zhǔn)化周期。但有如下情況之一，儀器必須做標(biāo)準(zhǔn)化，否則可能會影響測試精密度。
(1)光譜校正后。
(2)儀器移動(dòng)后。因?qū)嶒?yàn)室或廠址更改，可能需要對直讀光譜儀進(jìn)行轉(zhuǎn)移，為保證測試的精密度，轉(zhuǎn)移后需要重新進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化操作。
(3)清洗透鏡后。長時(shí)間使用會導(dǎo)致透鏡變臟，在清洗透鏡后需要對儀器重新做標(biāo)準(zhǔn)化。
(4)清理激發(fā)臺或更換電極后，建議客戶重新做標(biāo)準(zhǔn)化。
10、光電直讀光譜儀多長時(shí)間維護(hù)一次?
各直讀光譜儀廠家的儀器特點(diǎn)不同，因而其維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間也是不一樣的。為保證儀器的正常運(yùn)行，延長儀器的使用壽命，廠家建議客戶根據(jù)不同的情況，按如下提示進(jìn)行定期的部件維護(hù)和保養(yǎng)。如果需要整機(jī)的維護(hù)和保養(yǎng)，請聯(lián)系相關(guān)的廠家，他們會為客戶提供完整的解決方案，以解決客戶的需求。
11、為什么光譜儀激發(fā)樣品時(shí)需要高純氬氣保護(hù)?
(1)氬氣的電離電位較低，易于形成等離子區(qū);
(2)氬氣為惰性氣體，不會與樣品金屬蒸氣反應(yīng);
(3)氬氣能夠傳輸真空紫外光譜(并非真空下的光譜，而是波長在10-200nm之間的光譜)，如C、P、S等，不會影響紫外及真空紫外區(qū)域元素的測定;
(4)氬氣為原子狀態(tài)氣體，譜線簡單，不宜形成譜線干擾;
(5)氬氣的背景輻射低;
自行檢查氬氣的質(zhì)量比較困難，一般而言，首先是看氬氣供應(yīng)商的資質(zhì)，其次，為保證氬氣純度，可配置氬氣凈化器。若要對氬氣精確檢驗(yàn)，須采購特定的氬氣純度測定儀。
當(dāng)然還有一種簡單方法，因直讀光譜儀對氬氣的純度要求很高，可以用直讀光譜儀試用下，若能夠正常激發(fā)，打出來的點(diǎn)無異常，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定，一般來說就可正常使用。為避免出現(xiàn)霧狀白點(diǎn)，建議配置氬氣凈化器。
12、激發(fā)臺多久需要清理一次?
針對不同的基體，清理周期有所不同，如Al基一般在激發(fā)700-800次需要清理，F(xiàn)e基在1200次左右。M5000型直讀光譜儀可根據(jù)客戶的使用頻率，提醒客戶及時(shí)清理激發(fā)臺。
13、光電直讀光譜儀分析時(shí)對被檢測樣品有什么要求?應(yīng)該如何制樣?
為了獲得準(zhǔn)確的分析結(jié)果，要求樣品：
(1)不能有沙眼、小孔、偏析等缺陷;
(2)樣品表面必須平整，可以完全蓋住激發(fā)孔隙;
(3)樣品表面必須清潔、不得污染，不能帶有其他物質(zhì)，也不能用手摸;
制樣要求：一般情況下，鋁、銅等有色金屬基體的試樣需要車或銑，鐵、鎳等黑色金屬基體的試樣可以磨制(鑄態(tài)試樣需要先切割)。要求磨制后的樣品表面平整潔凈、紋路清晰、溫度適宜。另外，不同基體的樣品盡量不要在同一砂紙制樣。
其中鑄鐵必須白口化后才能分析，白口化時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
1)一般多用樣模澆鑄，樣模盡量取直徑35-40mm，厚6-8mm，這樣試樣冷卻快，白口好，待鐵水澆后30秒左右取出，開水澆再冷水冷。
2)不要澆鑄過快，避免偏析;
3)盡量選取砂模，減少縮孔和夾雜。
14、激發(fā)部位的選擇：試樣制備好后在什么地方激發(fā)最合適?
一般選在距離試樣中心三分之二的圓周部位。(請參閱《分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室手冊》)
如鋼鐵試樣在模具中凝固以后會形成三個(gè)晶區(qū)即精細(xì)粒區(qū)、柱狀晶區(qū)和等軸晶區(qū)。試樣最外層是精細(xì)粒區(qū)，該區(qū)域晶粒雜亂且區(qū)域較小(一般只有兩三毫米);試樣中心區(qū)域是等軸晶區(qū)，就晶體本身來說較適合光譜分析，但是該區(qū)域多縮孔、砂眼、夾雜等缺陷;所以距離試樣中心三分之二的圓周是最理想的分析區(qū)域，該區(qū)域多為柱狀晶，宏觀偏析也較小，最適合光譜分析。(關(guān)于宏觀偏析和微觀偏析還和易偏析元素含量有關(guān)。可以參閱冶金相關(guān)書籍。)
另外，鑄態(tài)試樣凝固時(shí)間越短越有利于分析，以避免偏析的出現(xiàn)。
15、儀器測定結(jié)果偏差較大，分析結(jié)果不穩(wěn)定該如何處理?
1)檢查分析方法是否正確，如分析模型、分析程序等;
2)儀器本身穩(wěn)定：檢查儀器光室溫度、內(nèi)部環(huán)境溫度、氬氣壓力是否滿足分析要求;
3)激發(fā)控樣：若控樣分析結(jié)果良好，說明儀器性能不存在問題，待測樣品可能存在偏析、縮孔、裂紋等缺陷;
4)控樣結(jié)果也存在較大問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化;
5)清理火花臺，擦拭透鏡或平鏡，清理排污通道，更換氬氣等，然后重新校準(zhǔn)曲線;
6)外界條件符合要求：室溫、濕度在規(guī)定范圍內(nèi);電源電壓穩(wěn)定;周圍無大功率、強(qiáng)輻射電器運(yùn)作;地線連接良好等;
7)對部分基體中的特別元素需要延長儀器穩(wěn)定時(shí)間。
若還存在問題，請聯(lián)系相關(guān)廠家工程師。
16、使用過程中發(fā)現(xiàn)C、P、S數(shù)據(jù)變化，而其他元素正常該怎么處理?
C、P、S的特征譜線在真空紫外區(qū)，只有在真空或惰性氣體環(huán)境下才能準(zhǔn)確測定。C、P、S的測量性能變差，往往與光傳輸效率下降有關(guān)。常規(guī)的處理方法如下：
充氬儀器：延長光室吹掃時(shí)間，清理紫外光室透鏡，清理火花臺，校正光譜，標(biāo)準(zhǔn)化。
真空儀器：觀察真空是否泄漏，清理火花臺，清理光室透鏡，重新描跡，標(biāo)準(zhǔn)化。
17、線材、棒材能不能用直讀光譜儀分析?
可以，但必須使用特殊的小樣品夾具。為滿足分析結(jié)果的要求，不同的樣品需要配備不同種類的夾具。目前很多廠家的儀器可以進(jìn)行小樣品的測定，如Spectro、ARL、FPI、Bruker等，各廠家分析的手段基本一致。但對于同一臺儀器來說，小樣品分析結(jié)果的精密度比正常樣品稍差。