直读光谱仪分析准确性的探讨

直读光谱仪分析准确性的探讨

大多数的直读光谱仪都应用在冶炼或铸造工艺的炉前分析方面，要想得到一个准确的分析结果，除了光谱仪本身性能好以外，正确使用、操作、维护和管理仪器，才能充分发挥它的作用，得到准确的分析结果。

分析过程中产生误差是难免的。误差来源很多，就光电光谱分析来讲，除了标准样品和分析样品的成分不均匀，组织状况不一致外，光谱的性能不稳定和样品表面处理不当，以及氩气纯度不够都会产生误差。所以对每一位分析者来讲，了解产生误差的原因以及进一步研究消除误差的方法是非常重要的。

激发光源是光电光谱仪中一个极为重要的组成部分，它的作用是给分析试样提供蒸发、原子化或激发的能量。在光谱分析时试样的蒸发、原子化或激发之间没有明显界限，这些过程式几乎是同时进行。而这一系列过程均直接影响到分析结果。样品中组分析元素的蒸发、离解、激发、电离、谱线的发射以及光谱线的强度除了与试样成分的熔点、沸点、原子量、化学反应、化合物的离解能、元素的电离能、激发能、原子(离子)的能级物理和化学性质有关以外，还跟所使用的光源特性密切相关。不同的激发光源对各类样品、各种元素具有不同的蒸发行为和激发能量，因此要根据不同的分析对象，选择具有相应特性的激发光源。

目前常用的光源有以下两种：一类是经典光源包括电弧及火花光源，其中以高压控波光源、低压火花高速光源和高能预火花光源在冶金分析中得到广泛应用，一类是等离子体光源居多，在不同领域中得到普遍采用。

光谱分析常用光源有以下几种放电方式：

1. 高能预火花放电zui大电流可达150安和燃烧时间为150微秒，这样使试样中燃烧斑点内的组织结构更加均匀，由此来消除元素之间干扰及元素之间结合等效应。

2.火花型放电对大多数元素重现性好。

3. 电弧型放电重现性要比火花放电差2—3倍，但对痕量元素检出限要低得多。

因此在选择光源时应尽量满足以下要求：

1.高灵敏度，随着样品中元素浓度微小变化，其检出的信号有较大的变化;

2.低检出限，能对微量及痕量成分进行检验;

3.良好的稳定性，试样能稳定的蒸发、原子化和激发，使结果具有较高的精密度：

4.谱线强度与背景强度之比大(信噪比大);

5. 分析速度快，预燃时间短;

6.构造简单，容易操作，安全;

7.自吸收效应小，校准曲线的线性范围宽。

光源激发条件的选择，要根据分析对象经过试验来决定。 对于不同的试样在不同的光源下其预燃时间是不一样的，这主要取决于试样在火花放电时的蒸发过程，它不仅与光源的能量、放电气氛密切有关以外，还与试样组成、结构状态、夹杂物种类、大小等等密切有关。

在氩气气氛中的火花放电一般可以分为两种状态：浓缩放电和扩散放电。当放电是在金属相上进行时称浓缩放电，当放电是在非金属相上进行时称扩散放电。在氩气中放电时，产生扩散放电的主要原因有以下三个方面：1.氩气的纯度;2.氩气的出入口管道或放电室的泄露是使放电过程中引入氧气的第二个来源：3. 样品本身是使放电过程中引入氧气的第三个来源(如夹杂物，气泡和裂纹等);在氩气中放电时，氩气压力，氩气流量及冲洗时间也均影响光电光谱分析的结果。

基体效应又称共存元素、第三元素或伴随物效应，主要是指除了分析物以外存在于样品中所有其他成分的影响，是光谱分析中引起谱线强度变化，使分析结果产生误差的主要原因，这种效果应又称干扰效应，是光谱分析中zui为复杂的问题。

在实际工作中，由于分析试样和标样的冶炼过程和物理状态的差异，常使校准曲线发生变化，通常标样多为锻造和轧制状态，而分析样品多为浇铸状态，为避免试样的冶金状态变化给分析带来的影响，常用一个与分析试样的冶金过程和物理状态一致的控制试样，用于控制试样的分析结果。

在光谱分析中，取样方法及其对样品的处理是至关重要的，它直接影响分析的精度和准确度。在炉前分析时，对炉中铸态钢样采取快速红切，发现样品有裂纹、夹杂和气孔须重新取样。遇低碳钢将红料放入流水中急冷，促使样品组织结构形成马氏体和奥氏体，保证碳的分析结果的准确度。遇高碳样品切割后反要采取暖冷，以免产生裂缝。铸铁和球墨铸铁分析，必须使分析样品进行充分的白口化，要求取样标准化，如取样温度、脱模时间、冷却速度。分析不同的材料，选用不同性质的研磨工具也很重要。一般采用氧化铝砂轮片，其颗粒是中等的，不要过细。样品表面要去掉0.5～1.5毫米，因为样品表面氧化层往往造成错误的分析结果，尤其是对碳的分析结果更为显著。

总之，检测分析误差总是存在的，重要是要正确的对待它，消除它。对于光电光谱分析来说，误差的产生主要是来自以下五个方面因素的变化：

人：操作者的质量意识，技术水平，熟练程度及身体素质。

设备：设备维护是至关重要的,光源的性能及再现性，氩气系统的稳定程度，试样加工设备及其保养状况。

试样：待测试样成分的均匀性，代表性，热处理状态及组织结构状态。标准试样和控制试样成分的均匀性，成分含量标准值的可靠性，组织结构的同一性。磨制样品的方法及其效果都是关键。

分析方法：校准曲线的制作及其拟合程度，标准化的过程及其效果，控样的选择及定值都要严格操作。

环境：控制好分析室的温度、湿度、电磁干扰和清洁条件等。有了一个稳定的操作环境，仪器的稳定性才会好。