光电直读光谱仪分析的误差分析

陶兰桂 辛连红 李成贤

摘 要：随着材料技术的快速发展，企业对材料成分控制有着越来越严苛的要求，而传统的化学方法分析有限、效率低下，显然不利于材料技术的顺利发展。在此背景下，虽然光电直读光谱仪分析因弥补了化学分析方法的缺陷而被广泛应用，但也易受多种因素制约出现误差。对此，本文研究了光电直读光谱仪分析的误差，并就其控制措施进行了探讨。

关键词：光电直读光谱仪分析；误差；分析结果

在计算机、光电技术等的推动和支持下，光电直读光谱仪分析凭借其操作简单、准确度高、分析面广、速度较快等优势逐渐成为分析材料化学成分的主要方法。可是在具体实践中，其易受仪器、环境、人为等干扰致使测量结果与材料实际成分不一致，或者多次测量结果不一致，因此研究其分析误差并予以有效解决，以提高分析结果的准确性十分必要。

1.光电直读光谱仪分析的误差分析

光电直读光谱仪是指基于金属试样与电极之间发生的电弧或电火花放电，对其生成的辉线光谱予以光电测定，进而实现定量元素含量的分析方法。相对而言，其有着速度快、灵敏度高、便于操作、分析范围广、误差小以及自动化程度高的显著优势，故冶金铸造、金属机械加工、建筑材料、石油化工等诸多领域均有所涉及[1]。但光电直读光谱仪分析在实际使用中，所得分析结果与元素真实含量可能存在一定的误差，具体分析如下：

1.1.系统误差分析

系统误差即在试验条件一定的情况下，因单个或若干个因素以一定的规律发生作用而引发的误差，该值越小，分析结果就越正确。实践分析，其与标准样品与分析试样不同的组织状态、含有第三元素、光谱标样自身误差、氩气不纯、工作条件变化、未知谱线重叠、电源电压、透镜、钨电极等诸多因素有关。但经发现误差和找出原因后，可予以有效的校正或避免。

1.2.偶然误差分析

偶然误差是指因相关因素发生随机波动而引发的可相互抵偿且无规律的误差，因其时大时小、时正时负，故其决定了分析结果的精密度。经验表明，试样成分组织结构和分布不均、厚度较薄或太薄、表面平整度差、存在气孔或裂纹缺陷等均可能引发偶然误差。虽然其不可能完全消除，但基于重点误差分析改进方法，还是可以降低偶然误差的。

此外，由人为操作失误引发的误差也时常发生，但无论出于何种原因，都必须将含有这一误差的一组数据视为异常值进行舍弃处理。考虑到系统误差和偶然误差之和基本上决定了光电直读光谱分析结果的正确度，故当上述两种误差均不存在或误差很小时，可将精密度视为正确度[2]。但既然存在分析误差，便会对分析结果产生影响，所以还需我们采取措施控制误差。

2.光电直读光谱仪分析的误差控制

2.1.优化安装条件

对于光电直读光谱仪而言，其安装质量与分析结果息息相关，故在使用该种分析方法时，必须优化其安装条件。如室内温度和相对湿度适宜分为控制在10-30℃和20-80%之间，且无冷凝，与腐蚀性化学气体距离安全，以免因光电倍增管的信噪比和暗电流以及高压元件放电漏电降低分析结果精确度；必须确保氩纯度高于99.998%，并在气路中设置净化装置，以免因其掺有氧、水蒸气等物质破坏激发斑点，引发系统误差；为防止仪器分析灵敏度降低，必须将其真空度控制在0.05mmHg左右，特别是针对200nm以下波长的元素；由于电源电压变化易造成激发单元放电电压不稳，故需使其处于-15%-+10%范围内，以此提高仪器的分析精度。

2.2.做好准备工作

在正式使用光电直读光谱仪分析材料成分和元素含量时，还应切实做好准备工作，以此尽可能降低系统误差和偶然误差的风险和隐患。具体包括认真检查输入电压、滤盒刻度、盒中水量是否合适；氩气压力是否为0.7MPa，以防因出现涡流影响测量结果的准确性；基于Spark Analyzer MX打开分析软件后，必须稳定仪器1h且待蓝色背景消失后考虑分析操作；必须激发样品RH18用于判断氩气状态，并对仪器进行标准化操作，以便及时更换氩气、修正调整误差，进而确保准确分析；尽量选择组成与试样接近且表面平整、成分均匀的标样，严禁使用含量远低于试样的标样，不然会加大分析误差。

2.3.正确分析样品

样品选择与分析结果有很大关系，故应在切割机、磨样机的作用下生成形状和大小适合火花架的试样，以确保激发孔可被激发面密封，以及表面平整而清洁，磨样纹路合理而无缺陷，并良好接触火花架，使其温度低于40℃，且无漏气，以免出现较高的分析结果；待样品制好并放至火花台后，必须对其进行3次以上的激发，并注意倾听声音是否既平稳又不尖锐，为做到准确分析，需要选择一个激发标样作为测试标准用于绘制工作曲线，同时在完成扫描后及时清洁钨电极，以防因间隙放电发生距离变化而影响测量结果[3]；若需要更改基体，则必须彻底清洁火花台，并配以更换电极、电极刷以及玻璃垫片，否则含量高的元素会干扰含量低的元素的分析结果。

2.4.强化维护保养

若在光电直读光谱仪使用过程中予以到位的维护保养管理，既有助于分析准确性的保障和提高，也利于降低自身故障风险。因此建议根据实际情况，对其入光窗口、过滤盒用水、空气过滤器、火花台等加以定期检查、清洁或更换；用于校准仪器以及绘制工作曲线的标样不仅要使用存放科学规范，更要予以定期更换，以免因其标准参数发生改变而影响参考标准和分析结果；针对透镜内外表面，必须及时清理附着的油蒸汽和金属蒸汽，以此避免透过率的降低；针对氩气管道，必须及时处理其与电极架之间存在的浊漏和污染物问题，以免引入系统误差等。

结束语：

总之，光电直读光谱仪分析的诸多优势是不容置疑的，其难以避免的分析误差也是不容忽视的，故当务之急便是准确了解其误差的成因和来源，在此基础上寻求切实有效的控制方法，以此规避或最大限度的减小误差，提高材料成分分析结果的准确性。

参考文献：

[1] 徐强，吕凌.光谱仪分析偏差的原因探讨[J].机械工人（热加工），2010（09）：16-17.

[2] 吴齐伟.光电直读光谱仪分析的误差探讨[J].江苏冶金，2012（06）：23-25.

[3] 项小平.光电直读光谱仪对钢铁成分分析值误差的管理[J].企业家天地（下半月），2011（04）：09-10.

作者简介：

陶兰桂（1978.5-）女，汉，青海乐都人，黄河鑫业有限公司，助理工程师，本科学历，化验分析方向。