1、激發(fā)系統(tǒng):
(1)高能預(yù)燃低壓火花激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛:采用高能預(yù)燃,大幅降低了樣品組織結(jié)構(gòu)對(duì)原子化結(jié)果的影響
?。?)高壓火花激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛:采集光強(qiáng)不穩(wěn)定
?。?)低壓火花激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛:對(duì)同一樣品光強(qiáng)穩(wěn)定,但是對(duì)于樣品組織結(jié)構(gòu)對(duì)原子化的影響無(wú)能為力
?。?)直流電弧激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛:對(duì)樣品中的痕量元素光譜分辨率和檢出限有好效果。
5)數(shù)控激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛:按照樣品中各元素的光譜特性,把激發(fā)過(guò)程分為靈活可調(diào)的幾個(gè)時(shí)間段,每段時(shí)間只針對(duì)某幾個(gè)情況相近的元素給出較佳的激發(fā)狀態(tài)進(jìn)行激發(fā),并僅采集這幾個(gè)元素。把各元素的激發(fā)狀態(tài)按照試驗(yàn)情況進(jìn)行分類(lèi)討論)
2、光學(xué)系統(tǒng):
?。?)帕邢-龍格光學(xué)系統(tǒng)(固定光路,凹面光柵及排列在羅蘭軌道上的固定出射狹縫陣列):光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,笨重,體積大。
?。?)中階梯光柵交叉色散光學(xué)系統(tǒng)(采用雙單色器交叉色散技術(shù),達(dá)到了高級(jí)次同級(jí)的高分辨率,同時(shí)又用二次色散解決了光譜的級(jí)次重疊問(wèn)題):體積小,分辨率高,一般采集接固體成像系統(tǒng)。
3、測(cè)控系統(tǒng):
?。ㄒ唬y(cè)量系統(tǒng):
?。?)光電倍增管+積分電路+模數(shù)轉(zhuǎn)化電路:一般作為帕邢-龍格光學(xué)系統(tǒng)或C-T光學(xué)系統(tǒng)的光譜采集器,一個(gè)光電倍增管加上之后的電路只能采集一根譜線(xiàn)的強(qiáng)度。
?。?)CCD/CID檢測(cè)器+DSP:一般作為中階梯光柵交叉色散光學(xué)系統(tǒng)的采集器,靈敏度略低于光電倍增管,但是可做全譜采集。
(二)控制:
?。?)多層光電隔離的激發(fā)控制+光路控制+采集控制
(2)采用高抗干擾的通訊協(xié)議進(jìn)行可又?jǐn)?shù)據(jù)反饋的高效率控制。
4、計(jì)算機(jī)軟件及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng):
?。?)內(nèi)標(biāo)法
?。?)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)繪制曲線(xiàn)。
?。?)通過(guò)PDA技術(shù)篩選數(shù)據(jù)。
?。?)通過(guò)軟件通道的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行背景、以及第三元素干擾的去干擾運(yùn)算。
?。?)通過(guò)控制樣品找回儀器的漂移量。
光電直讀光譜儀又被稱(chēng)為火花源原子發(fā)射光譜儀,所采用的原理是用火花的高溫使樣品中各元素從固態(tài)直接氣化并被激發(fā)而發(fā)射出各元素的特征波長(zhǎng),用光柵分光后,成為按波長(zhǎng)排列的“光譜”,這些元素的特征光譜線(xiàn)通過(guò)出射狹縫,照射在對(duì)應(yīng)的光電倍增管光陰極上,光信號(hào)變成電信號(hào),經(jīng)儀器的控制測(cè)量系統(tǒng)將電信號(hào)積分并進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換,然后由計(jì)算機(jī)處理,計(jì)算出各元素的百分含量。其核心部件主要包括光源、分光系統(tǒng)、檢測(cè)器等。
如今,光電直讀光譜分析已成為一項(xiàng)成熟的分析技術(shù),具有樣品處理簡(jiǎn)單、分析速度快、分析精度高、多元素同時(shí)分析等特點(diǎn),幾乎所有的鋼鐵企業(yè)、有色金屬企業(yè)、鑄造及機(jī)械加工企業(yè),以及其他采用金屬及其合金進(jìn)行加工利用的行業(yè)都采用光電直讀光譜儀進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程及產(chǎn)品質(zhì)量控制。
光電直讀光譜儀在鑄造行業(yè)的應(yīng)用中,具有以下優(yōu)點(diǎn):
1)定量范圍廣、準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性高等特點(diǎn) 光電直讀光譜儀定量分析范圍可從ppm—幾十%,非常適于微量、痕量分析。當(dāng)元素含量在0.1-1%或更低時(shí),光電直讀光譜分析法其準(zhǔn)確度更優(yōu)于化學(xué)分析。另外,光電直讀光譜儀器分析,不存在人為誤差,穩(wěn)定性方面得到很大提高。
2)多功能、自動(dòng)化和智能化特點(diǎn) 分析儀器正向智能化方向發(fā)展,發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)是:基于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)分析儀器的自動(dòng)化,通過(guò)計(jì)算機(jī)控制器和數(shù)字模型進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)、處理,提高分析儀器數(shù)據(jù)處理能力,數(shù)字圖像處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了分析儀器數(shù)字圖像處理功能的發(fā)展。 光電直讀光譜儀已從傳統(tǒng)的經(jīng)典化學(xué)精密機(jī)械電子學(xué)結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人工操作應(yīng)用模式,轉(zhuǎn)化為光、機(jī)、電、算(計(jì)算機(jī))一體化、自動(dòng)化的結(jié)構(gòu),并正向更名副其實(shí)的智能系統(tǒng)發(fā)展(帶有自診斷、自控、自調(diào)、自行判斷決策等高智能功能)。多用途可擴(kuò)展的配置方式及多功能計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)包括的模塊有:數(shù)據(jù)處理,曲線(xiàn)擬合,綜合計(jì)算,數(shù)據(jù)分析,自動(dòng)控制,自診斷與報(bào)警,通信,聯(lián)網(wǎng),定性分析、半定量分析等。大大地豐富了分析檢測(cè)者的應(yīng)用手段,并提高了生產(chǎn)效率,縮短企業(yè)交貨期。
3)多通道多元素同時(shí)分析檢測(cè)的快速化特點(diǎn) 光電直讀光譜儀可同時(shí)進(jìn)行多元素分析。直讀光譜法進(jìn)行爐前分析時(shí),在數(shù)分鐘內(nèi)可同時(shí)得出鑄件中二、三十個(gè)元素的分析結(jié)果,有利于鑄造生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行中間控制,加速生產(chǎn)、提高了生產(chǎn)效率。
4)直接以固態(tài)分析,不需要復(fù)雜的前處理 光電直讀光譜儀分析樣品的處理比化學(xué)分析法簡(jiǎn)單,從而大大地提高了分析速度。在對(duì)鑄件進(jìn)行分析檢測(cè)中,簡(jiǎn)化了試樣前處理過(guò)程,只需簡(jiǎn)單的將樣品表面磨平。取消了手工分析方法過(guò)程中的試樣粉碎、酸溶加熱分解、化學(xué)反應(yīng)、比色分析、人工讀數(shù)等繁雜流程。
5)節(jié)約添加元素,降低生產(chǎn)成本 光電直讀光譜儀能夠快速準(zhǔn)確的定量分析出樣品的化學(xué)成分,對(duì)于鑄造企業(yè)生產(chǎn)鑄件時(shí),如不銹鋼的生產(chǎn)企業(yè),能夠很好的將cr、ni的化學(xué)成分控制在客戶(hù)要求下限內(nèi),達(dá)到節(jié)約添加元素,降低生產(chǎn)成本。同時(shí),由于具備快速的進(jìn)行爐前定量分析,提高生產(chǎn)效率,為企業(yè)節(jié)約電費(fèi),降低生產(chǎn)成本。
光電直讀光譜儀雖然本身測(cè)量準(zhǔn)確度很高,但測(cè)定試樣中元素含量時(shí),所得結(jié)果與真實(shí)含量通常不一致,存在一定誤差,并且受諸多因素的影響,有的材料本身含量就很低。
下面就誤差的種類(lèi)、來(lái)源及如何避免誤差進(jìn)行分析。
根據(jù)誤差的性質(zhì)及產(chǎn)生原因,誤差可分為下面幾種:
1.系統(tǒng)誤差的來(lái)源
(1)標(biāo)樣和試樣中的含量和化學(xué)組成不完全相同時(shí),可能引起基體線(xiàn)和分析線(xiàn)的強(qiáng)度改變,從而引入誤差。
(2)標(biāo)樣和試樣的物理性能不完全相同時(shí),激發(fā)的特征譜線(xiàn)會(huì)有差別從而產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。
(3)澆注狀態(tài)的鋼樣與經(jīng)過(guò)退火、淬火、回火、熱軋、鍛壓狀態(tài)的鋼樣金屬組織結(jié)構(gòu)不相同時(shí),測(cè)出的數(shù)據(jù)會(huì)有所差別。
(4)未知元素譜線(xiàn)的重疊干擾。
如熔煉過(guò)程中加入脫氧劑、除硫磷劑時(shí),混入未知合金元素而引入系統(tǒng)誤差。
(5)要消除系統(tǒng)誤差,必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)樣品制備規(guī)定要求。為了檢查系統(tǒng)誤差,就需要采用化學(xué)分析方法分析多次校對(duì)結(jié)果。
2.偶然誤差的來(lái)源
與樣品成分不均勻有關(guān)的誤差。
因?yàn)楣怆姽庾V分析所消耗的樣品很少,樣品中元素分布的不均勻性、組織結(jié)構(gòu)的不均勻性,導(dǎo)致不同部位的分析結(jié)果不同而產(chǎn)生偶然誤差。
主要原因如下:
(1)熔煉過(guò)程中帶入夾雜物,產(chǎn)生的偏析等造成樣品元素分布不均。
(2)試樣的缺陷、氣孔、裂紋、砂眼等。
(3)磨樣紋路交叉、試樣研磨過(guò)熱、試樣磨面放置時(shí)間太長(zhǎng)和壓上指紋等因素。
(4)要減少偶然誤差,就要精心取樣,消除試樣的不均勻性及試樣的鑄造缺陷,也可以重復(fù)多次分析來(lái)降低分析誤差。
3.其他因素誤差
(1)氬氣不純。當(dāng)氬氣中含有氧和水蒸氣時(shí),會(huì)使激發(fā)斑點(diǎn)變壞。如果氬氣管道與電極架有污染物排不出去,分析結(jié)果會(huì)變差。
(2)室內(nèi)溫度的升高會(huì)增加光電倍增管的暗電流,降低信噪比。濕度大容易導(dǎo)致高壓元件發(fā)生漏電、放電現(xiàn)象,使分析結(jié)果不穩(wěn)定。