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          直讀光譜儀分析準確性的探討


          發布日期:[2016/9/1 9:56:16] 共閱[3140]次

          大多數的直讀光譜儀都應用在冶煉或鑄造工藝的爐前分析方面,要想得到一個準確的分析結果,除了光譜儀本身性能好以外,正確使用、操作、維護和管理儀器,才能充分發揮它的作用,得到準確的分析結果。

          分析過程中產生誤差是難免的。誤差來源很多,就光電光譜分析來講,除了標準樣品和分析樣品的成分不均勻,組織狀況不一致外,光譜的性能不穩定和樣品表面處理不當,以及氬氣純度不夠都會產生誤差。所以對每一位分析者來講,了解產生誤差的原因以及進一步研究消除誤差的方法是非常重要的。

          激發光源是光電光譜儀中一個極為重要的組成部分,它的作用是給分析試樣提供蒸發、原子化或激發的能量。在光譜分析時試樣的蒸發、原子化或激發之間沒有明顯界限,這些過程式幾乎是同時進行。而這一系列過程均直接影響到分析結果。樣品中組分析元素的蒸發、離解、激發、電離、譜線的發射以及光譜線的強度除了與試樣成分的熔點、沸點、原子量、化學反應、化合物的離解能、元素的電離能、激發能、原子(離子)的能級物理和化學性質有關以外,還跟所使用的光源特性密切相關。不同的激發光源對各類樣品、各種元素具有不同的蒸發行為和激發能量,因此要根據不同的分析對象,選擇具有相應特性的激發光源。

          目前常用的光源有以下兩種:一類是經典光源包括電弧及火花光源,其中以高壓控波光源、低壓火花高速光源和高能預火花光源在冶金分析中得到廣泛應用,一類是等離子體光源居多,在不同領域中得到普遍采用。

          光譜分析常用光源有以下幾種放電方式:

          1. 高能預火花放電最大電流可達150安和燃燒時間為150微秒,這樣使試樣中燃燒斑點內的組織結構更加均勻,由此來消除元素之間干擾及元素之間結合等效應。

          2.火花型放電對大多數元素重現性好。

          3. 電弧型放電重現性要比火花放電差2—3倍,但對痕量元素檢出限要低得多。

          因此在選擇光源時應盡量滿足以下要求:

          1.高靈敏度,隨著樣品中元素濃度微小變化,其檢出的信號有較大的變化;

          2.低檢出限,能對微量及痕量成分進行檢驗;

          3.良好的穩定性,試樣能穩定的蒸發、原子化和激發,使結果具有較高的精密度:

          4.譜線強度與背景強度之比大(信噪比大);

          5. 分析速度快,預燃時間短;

          6.構造簡單,容易操作,安全;

          7.自吸收效應小,校準曲線的線性范圍寬。

          光源激發條件的選擇,要根據分析對象經過試驗來決定。 對于不同的試樣在不同的光源下其預燃時間是不一樣的,這主要取決于試樣在火花放電時的蒸發過程,它不僅與光源的能量、放電氣氛密切有關以外,還與試樣組成、結構狀態、夾雜物種類、大小等等密切有關。

          在氬氣氣氛中的火花放電一般可以分為兩種極端狀態:濃縮放電和擴散放電。當放電是在金屬相上進行時稱濃縮放電,當放電是在非金屬相上進行時稱擴散放電。在氬氣中放電時,產生擴散放電的主要原因有以下三個方面:1.氬氣的純度;2.氬氣的出入口管道或放電室的泄露是使放電過程中引入氧氣的第二個來源:3. 樣品本身是使放電過程中引入氧氣的第三個來源(如夾雜物,氣泡和裂紋等);在氬氣中放電時,氬氣壓力,氬氣流量及沖洗時間也均影響光電光譜分析的結果。

          基體效應又稱共存元素、第三元素或伴隨物效應,主要是指除了分析物以外存在于樣品中所有其他成分的影響,是光譜分析中引起譜線強度變化,使分析結果產生誤差的主要原因,這種效果應又稱干擾效應,是光譜分析中最為復雜的問題。

          在實際工作中,由于分析試樣和標樣的冶煉過程和物理狀態的差異,常使校準曲線發生變化,通常標樣多為鍛造和軋制狀態,而分析樣品多為澆鑄狀態,為避免試樣的冶金狀態變化給分析帶來的影響,常用一個與分析試樣的冶金過程和物理狀態一致的控制試樣,用于控制試樣的分析結果。

          在光譜分析中,取樣方法及其對樣品的處理是至關重要的,它直接影響分析的精度和準確度。在爐前分析時,對爐中鑄態鋼樣采取快速紅切,發現樣品有裂紋、夾雜和氣孔須重新取樣。遇低碳鋼將紅料放入流水中急冷,促使樣品組織結構形成馬氏體和奧氏體,保證碳的分析結果的準確度。遇高碳樣品切割后反要采取暖冷,以免產生裂縫。鑄鐵和球墨鑄鐵分析,必須使分析樣品進行充分的白口化,要求取樣標準化,如取樣溫度、脫模時間、冷卻速度。分析不同的材料,選用不同性質的研磨工具也很重要。一般采用氧化鋁砂輪片,其顆粒是中等的,不要過細。樣品表面要去掉0.5~1.5毫米,因為樣品表面氧化層往往造成錯誤的分析結果,尤其是對碳的分析結果更為顯著。

          總之,檢測分析誤差總是存在的,重要是要正確的對待它,消除它。對于光電光譜分析來說,誤差的產生主要是來自以下五個方面因素的變化:

          人:操作者的質量意識,技術水平,熟練程度及身體素質。

          設備:設備維護是至關重要的,光源的性能及再現性,氬氣系統的穩定程度,試樣加工設備及其保養狀況。

          試樣:待測試樣成分的均勻性,代表性,熱處理狀態及組織結構狀態。標準試樣和控制試樣成分的均勻性,成分含量標準值的可靠性,組織結構的同一性。磨制樣品的方法及其效果都是關鍵。

          分析方法:校準曲線的制作及其擬合程度,標準化的過程及其效果,控樣的選擇及定值都要嚴格操作。

          環境:控制好分析室的溫度、濕度、電磁干擾和清潔條件等。有了一個穩定的操作環境,儀器的穩定性才會好。

          原創作者:無錫杰博儀器科技有限公司

           

           
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