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直读光谱仪基本使用知识介绍

发布时间:2020-11-07 12:59

  元素的分析线多为其灵敏线,应选择自吸小、展宽较小、无其他元素干扰等特点的谱线。对于不同的基体,同一元素的分析线可能不同;即使同一基体的同一元素,在低含量段和高含量段的分析线也会不同。多道式光谱仪受PMT排布的限制,一般最多只能测量60多条谱线,在谱线的选择上很难根据基体、含量和干扰情况做最优化的配置,如Si的分析线一般只提供一条;而全谱型光谱仪一次采集即可获得上万条谱线,谱线选择更为灵活。如,在低合金钢中,Si的分析线,可以使探测限更低;在不锈钢中Si288.16干扰严重,Si251.16更适合;在铝硅铸造合金中,Si的含量较高,Si390.55更合适。

  注意:同一元素在不同基体中的最佳分析线可能不一致,一般按照《分析化学实验室手册》或相关国家标准上的推荐来设置,若推荐谱线不合适,可选择火花强度适宜,无自吸和自蚀的锐线、光电直读光谱仪的验收指标有哪些?

  直读光谱仪的验收指标可参考《JJG768-2005 发射光谱仪检定规程》,最主要的是直读光谱仪的重复性和稳定性。

  其中,重复性反应仪器的基本性能及误差影响,是最主要的验收指标。重复性良好,说明数据波动较小,具备准确测定的能力。如果数据重复性不好,数据之间相差较大,就无法确定哪一个数据更可靠,也就无法完成准确的测量。

  稳定性是测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力,衡量仪器一段时间内测量结果的波动性,决定了仪器的校准周期,稳定性好可以适当延长校准时间,降低仪器的使用成本。

  很多人在验收过程中,仅关注准确度,这种认识是片面的。直读光谱仪的定量方法属于参照法,即需要一系列的标样来制定工作曲线作为参照标准,再通过对比待测元素的强度,计算出元素含量。由于标样和实际样品存在差异,测量结果势必有一定的偏差,但这种偏差可以通过控样来修正。因此,测量结果的准确度除了与仪器有关外,还与控样的质量有密切的关系,只有重复性和稳定性才直接体现仪器性能的好坏。

  由于外界环境变化、仪器设施改动和时间累积等原因,谱线会发生漂移,此时可利用光谱校正标样对仪器进行校正,光谱校正标样属于仪器的配套产品,在使用过程中应当节约,尽量不要用作其他用途。当光谱校正标样使用完以后,请联系仪器维护工程师,不建议自行购买。一般校正的方法如下:

  多道型:通过描迹完成校正,校正时需激发一组标样才能完成所有通道的校正,如果仪器各通道的漂移不一致,单纯的描迹无法完成校正,需要通过调整出射狭缝位置或折射镜角度,来校正谱线的变化,此操作需要专业的维修工程师才能完成。

  若标准样品和被测样品的背景不一致时,容易引起测量误差;背景强度过大时,严重影响低含量元素的测定,同时造成仪器检出限过高。因而,扣除背景有利于提高分析结果的稳定性和准确度,提升仪器灵敏度和检出限。

  多道型直读光谱仪测量的是各通道出缝宽度内的光强累加值,无法区分背景强度和谱线强度,测量精度受到背景强度的影响。

  全谱型直读光谱仪可以获得每条谱线的轮廓信息,因此可结合背景校正技术,正确区分背景和谱线,有效提高测量精度。

  使用控样的思想就好比天平的砝码调节。控样能够减少曲线漂移,仪器波动,样品冶炼和加工工艺等带来的差异,建议测定样品时一定要使用控样校正。

  控样应该是一个与分析试样的冶金过程和物理状态一致的标准样品,其各元素含量应当准确可靠、成分均匀、外观无气孔、沙眼、裂纹等物理缺陷,并且各元素含量应位于校准曲线含量范围之内,尽可能与分析样品的含量接近。《校正标样在光电直读法中的分析研究和运用》(张存贵郝艳峰)一文报道:通过实验对比发现,用自己熔炼的校正样品分析比用市场上采购来的样品分析准确性更好,因而建议有实力的厂家,最好是把自己的产品熔炼后重新定值作控样。

  (1)光谱仪应置于专用的工作空间,附近应无有害、易燃及腐蚀性的气体,不要与化学分析

  (3)工作温度:(10~30)℃,因仪器工作需要恒温条件,室温波动要尽量小,室内需要安

  要求:(22020)V AC,50Hz,保护性接地的单相电源。电源的PE接地必须可靠,以保证仪器正常

  工作和避免人体触电。如果不能保证PE可靠接地,请为仪器提供一条专用地线。

  为保证仪器的正常使用,请为仪器配备一台(1~2)KVA(视接负载量而定)的单相220V 交

  光源产生的电磁辐射被屏蔽罩吸收并随地线释放,假如接地不良,这些干扰电压就会影响各弱电回路的地电位,从而造成控制系统误动作,模拟信号失真,分析精度差等问题。所以经常维护地线是十分必要的。一般要求零线V。

  光电直读光谱仪基于光电转换原理,若电源电压不稳会造成激发光源的能量波动,采集信号异常等问题,因此直读光谱仪使用过程中一般要配有稳压器。另外,由于大功率电器会影响电网的稳定性,从而影响直读光谱仪的测量精度,而强辐射的电器也会通过空间电磁场干扰数据的采集,引起测量误差,因此直读光谱仪还应避免与大功率、强辐射电器同时使用。

  直读光谱仪属于精密测量仪器,光学系统微小的变化(如结构件的热胀冷缩等)即会引起很大的测量误差,因此光谱仪在设计时会对光学系统进行恒温控制。但即使如此,外界温度的变化仍会影响恒温系统的热平衡状态,引起测量误差,因此为了保证测量结果的精密度,应尽可能减小使用过程中环境温度的波动,最大不应超过5℃。

  另外,大多数光谱仪厂家对仪器的使用温度都有严格的限制,一般在10-30℃之间。首先是因为仪器在工厂校准时的温度在20℃左右,10-30℃内使用可以获得较好的测量精度,其次仪器的部件及设计在10-30℃范围内具有更高的可靠性,超出该温度范围使用,会引起可靠性下降,严重的还会引起仪器故障;另外,光谱仪一般把光室的温度控制在34~38℃之间的某个温度点(不同型号仪器恒温温度不同),为了确保光谱仪的恒温控制正常工作,仪器使用的环境温度必须与光谱仪恒温温度有一定的温差,因此要求仪器使用环境温度低于30℃。

  因此,直读光谱仪在使用过程中应严格控制环境温度,配备足够功率的空调系统。

  仪器正常使用的情况下,需要定期(一般为一周)做标准化。若测试数据精确稳定,可适当延长标准化周期。但有如下情况之一,仪器必须做标准化,否则可能会影响测试精密度。

  (2)仪器移动后。因实验室或厂址更改,可能需要对直读光谱仪进行转移,为保证测试的精密度,转移后需要重新进行标准化操作。

  (3)清洗透镜后。长时间使用会导致透镜变脏,在清洗透镜后需要对仪器重新做标准化。

  各直读光谱仪厂家的仪器特点不同,因而其维护保养时间也是不一样的。为保证仪器的正常运行,延长仪器的使用寿命,厂家建议客户根据不同的情况,按如下提示进行定期的部件维护和保养。如果需要整机的维护和保养,请联系相关的厂家,他们会为客户提供完整的解决方案,以解决客户的需求。

  (3)氩气能够传输真空紫外光谱(并非真空下的光谱,而是波长在10-200nm之间的光谱),如C、P、S等,不会影响紫外及真空紫外区域元素的测定;

  自行检查氩气的质量比较困难,一般而言,首先是看氩气供应商的资质,其次,为保证氩气纯度,可配置氩气净化器。若要对氩气精确检验,须采购特定的氩气纯度测定仪。

  当然还有一种简单方法,因直读光谱仪对氩气的纯度要求很高,可以用直读光谱仪试用下,若能够正常激发,打出来的点无异常,且数据稳定,一般来说就可正常使用。为避免出现雾状白点,建议配置氩气净化器。

  针对不同的基体,清理周期有所不同,如Al基一般在激发700-800次需要清理,Fe基在1200次左右。M5000型直读光谱仪可根据客户的使用频率,提醒客户及时清理激发台。

  制样要求:一般情况下,铝、铜等有色金属基体的试样需要车或铣,铁、镍等黑色金属基体的试样可以磨制(铸态试样需要先切割)。要求磨制后的样品表面平整洁净、纹路清晰、温度适宜。另外,不同基体的样品尽量不要在同一砂纸制样。

  1)一般多用样模浇铸,样模尽量取直径35-40mm,厚6-8mm,这样试样冷却快,白口好,待铁水浇后30秒左右取出,开水浇再冷水冷。

  一般选在距离试样中心三分之二的圆周部位。(请参阅《分析化学实验室手册》)

  如钢铁试样在模具中凝固以后会形成三个晶区即精细粒区、柱状晶区和等轴晶区。试样最外层是精细粒区,该区域晶粒杂乱且区域较小(一般只有两三毫米);试样中心区域是等轴晶区,就晶体本身来说较适合光谱分析,但是该区域多缩孔、砂眼、夹杂等缺陷;所以距离试样中心三分之二的圆周是最理想的分析区域,该区域多为柱状晶,宏观偏析也较小,最适合光谱分析。(关于宏观偏析和微观偏析还和易偏析元素含量有关。可以参阅冶金相关书籍。)

  2)仪器本身稳定:检查仪器光室温度、内部环境温度、氩气压力是否满足分析要求;

  3)激发控样:若控样分析结果良好,说明仪器性能不存在问题,待测样品可能存在偏析、缩孔、裂纹等缺陷;

  5)清理火花台,擦拭透镜或平镜,清理排污通道,更换氩气等,然后重新校准曲线)外界条件符合要求:室温、湿度在规定范围内;电源电压稳定;周围无大功率、强辐射电器运作;地线)对部分基体中的特别元素需要延长仪器稳定时间。

  C、P、S的特征谱线在真空紫外区,只有在真空或惰性气体环境下才能准确测定。C、P、S的测量性能变差,往往与光传输效率下降有关。常规的处理方法如下:

  充氩仪器:延长光室吹扫时间,清理紫外光室透镜,清理火花台,校正光谱,标准化。

  真空仪器:观察真空是否泄漏,清理火花台,清理光室透镜,重新描迹,标准化。

  可以,但必须使用特殊的小样品夹具。为满足分析结果的要求,不同的样品需要配备不同种类的夹具。目前很多厂家的仪器可以进行小样品的测定,如Spectro、ARL、FPI、Bruker等,各厂家分析的手段基本一致。但对于同一台仪器来说,小样品分析结果的精密度比正常样品稍差。