提高ARL4460直读光谱仪稳定性的探讨

杨凤娟　刘　珂　李　静　李　鹏

(国家铝及铝制品质量监督检验中心，三门峡 472000)



提高ARL4460直读光谱仪稳定性的探讨

杨凤娟刘珂李静李鹏

(国家铝及铝制品质量监督检验中心，三门峡 472000)

摘要：通过对直读光谱仪方法原理的阐述和误差来源的分析，提出了提高ARL4460直读光谱仪稳定性的基本措施，确保分析过程中检验数据的可靠性。

关键词：直读光谱仪方法原理误差来源稳定性

ARL4460直读光谱仪操作方便、分析范围广、分析速度快、多元素同时测定、样品制备简单、检出限低且精度高，广泛应用于物理学、化学、生物等基础学科以及冶金、机械、地质、农业、化工、环保等各个领域的金属元素精确定性和定量分析[1-3]。在光谱定量分析过程中，由于受到人员、仪器设备、环境条件等方面的影响，使检测数据与真实含量不可能完全一致，经常出现分析结果不稳定，偏差过大的情况。为确保分析结果的可靠性，从方法原理，误差来源进行了分析，提出了提高直读光谱仪稳定性的有效措施。

1方法原理

直读光谱仪采用的是原子发射光谱方法，工作原理是利用光源发生器使样品与电极之间激发发光，电火花的高温在氩气保护气氛中使样品中各元素直接气化并被激发而发射出各元素的特征谱线，光谱线的强度与所属元素的含量成正比关系，用光栅分光后，经出射狭缝照在其对应光电倍增管电阴极上，在高压电源作用下，将光信号转换成电信号，经仪器的控制测量系统将电信号积分进行模数转化，然后由计算机处理，测量出各个元素的百分含量[4]。

2误差来源

对光谱分析来说，误差的来源主要有以下5个方面[5]：

(1)分析人员：分析人员的身体素质，熟练程度，技术水平及质量意识等。

(2)环境：分析实验室的温湿度、清洁程度和噪音等。

(3)仪器设备：电源稳定系统的精度；氩气系统的稳定程度(包括净化能力、压力、流量等)；光谱仪系统的精度(包括光源的性质及其再现性，分光系统的精度，真空系统的能力等)；试样的加工设备及所有这些设备的维护保养状况。

(4)样品：待测样品元素成分、组织结构的均匀性、代表性及热处理状态；标准样品及控制样品元素成分均匀性及含量证书值的可靠性，其组织结构与待测样品组织结构的同一性。

(5)分析参数：分析曲线选择(包括曲线的制作及拟合程度等)，仪器参数设置(包括仪器参数的选择、干扰元素修正的方式等)以及样品制备方法。

3提高分析结果稳定性的基本措施

3.1合适的环境条件

(1)试验室内环境温度要求在23±5℃，每小时变化不超过5℃，相对湿度20%~80%；并配备专用地线，要远离腐蚀性气体，并做好防尘、防震。室内温度的增加会使光电倍增管的暗电流增加、信噪比降低；湿度大容易使高压元件产生漏电、放电现象，使分析结果稳定性差[6]。

(2)氩气的供给纯度必须达到99.995%，最高氧含量5×10-6。不纯氩气中的水分等杂质会影响激发效果，降低光强值，激发斑点变坏。而且水分经激发电离后产生氧，氧会吸收磷、硫等短波元素，使这些元素的光强值下降，从而导致分析结果出现偏差。如果氩气纯度不够，应选购氩气净化装置连接在气路中[6]。

(3)为了保证仪器的分析精度，电源电压变化要求应在-15%～+10%以内。由于电源电压变化容易引起激发单元的放电电压的改变，造成设备运行的不稳定，因此实验室应配备交流稳压器[6]。

3.2检查仪器的状态

(1)检查氩气净化机温度是否达到设定的温度。

(2)检查直读光谱仪冷却水水位是否在1/2至3/4处。

(3)调节氩气压力，使氩气压力在0.25～0.30MPa之间。

(4)根据样品选择分析曲线，由分析曲线选择所用电极，保证建立分析曲线和样品分析时所用电极一致，并用电极规调整电极。

(5)按照电源开关、水泵开关、真空泵开关、电子柜开关、负高压开关顺序打开光谱仪，用分析软件中的读取状态功能检查设备状态，当各种状态都达到后方能进行分析工作。

(6)打开氩气开关，先打开原气开关，再打开纯气开关，关气时反之。

(7)通过多次激发废弃样品，使氩气气流稳定，并观察激发点状态，判断氩气是否正常。如果激发点发白，说明氩气不纯，继续激发，如果始终不正常，应使氩气再生。

(8)选择一个有证标准物质进行分析，并与证书值进行比较，按照GB/T7999-2007判断结果误差是否在范围之内，如果在范围之内，说明设备正常，可以进行正常分析，如果超出范围，需要根据结果分析原因，对设备进行描迹和曲线的标准化。

(9)元素的描迹

元素的描迹是检查元素出射狭缝与入射狭缝的相对机械位置。由于入射狭缝受环境因素的影响，如温度的急剧变化，振动等等，会发生微小的漂移，这些不规则的微小物理变化会使谱线信号的相对强度产生漂移，影响分析结果的稳定性。

(10)曲线标准化和类型标准化

标准化是对工作曲线的漂移校正，类型标准化是对曲线的某段进行校正。样品在恒定的氩气氛围下激发时，火花放电的稳定性随着温度和激发条件的变化，谱线信号的相对强度也会发生漂移，影响分析结果的稳定性。一般在开始分析样品前需要用标准化样品对工作曲线进行再校准，包括标准化和类型标准化。标准化样品选用设备出厂自带标样。类型标准化选用有证书的标样，标样各元素含量要有标准的化学分析结果；各元素含量分布均匀，没有偏析现象；并且组织结构、浇注状态和分析试样尽可能一致并包括分析的全部元素。

3.3正确进行样品分析

(1)样品的制备

样品的质量在很大程度上决定光谱分析结果的稳定性。样品经车床加工后，其形状和大小应满足分析台要求；整个激发面应能覆盖住激发孔，成分均匀，表面平整，清洁，没有灰尘、夹渣、裂纹等缺陷，样品背面应无锈皮及油污，激发表面应无飞边、毛刺，保证样品和分析台接触良好，不能有漏光、漏气现象。车样时应做好冷却，防止制样过程中造成元素偏析[7]。

(2)样品的激发

样品制备好后，在分析台上进行激发，激发点保持均匀，能代表整个样品，每个样品至少激发3次。在激发过程中注意听激发声音是否正常，激发正常的声音应平稳、不尖锐；如果激发声音尖锐，有可能是漏气或者未激发，激发完成后观察激发点状态。每次分析前选择一个有证标准物质作为质控样，监控设备和曲线的状态。每次激发过后都应清理激发台，由于设备自带曲线由针状电极建立，当使用针状电极时，不需要清理电极，当使用棒状电极时，每次激发完成后都要用电极刷清理电极。当更改基体时，防止高含量元素对低含量元素的影响，激发台、绝缘杯、电极整套都需要更换，以提高稳定性。

(3)分析结果的处理

激发完成后，各个激发点状态正常，如果数据稳定(即SD%≤5%)，即可进行数据处理，如果出现数据偏差过大，多激发几次，删除不合适的点。如果多次测量后数据成组出现(激发点相近的点数据接近)，有可能是样品成分不均匀造成，所有的检测结果都要计入计算，确保分析结果的稳定性。

3.4定期做好仪器的维护保养

定期做好仪器的维护保养工作不仅可以大大减少仪器的故障率，还能提高分析结果的稳定性[8]。

(1)每次分析完成后应清理火花室、绝缘杯、分析架。

火花室因放电燃烧样品，留下黑色沉积。故必须定期清理。用吸尘器吸掉金属粉尘，如果需要，可以用软刷来帮助清理。绝缘杯的清理，先用吸尘器清理，再用一块乙醇稍稍润湿的抹布去掉油脂或用10%的盐酸溶液浸泡，清理干净后用布擦干，放在干净纸上。分析架的清理，用脱脂棉纱清理分析架的表面，以便去掉金属粉尘或可能由手指留下的指痕，防止试样平台磨损后引起间隙。

(2)每月更换或清理滤尘器和滤芯，检查水冷装置。

(3)每月清理透镜一次。

透镜起聚焦透镜作用，也起真空密封入射窗口作用。短波长元素最容易被沉积在透镜上的赃物吸收。故一个月清理透镜一次。透镜清理后等15分钟后再进行标准化，这样可以吹走在清理过程中进入火花室和管道中的空气。清理时用乙醇擦拭透镜表面，然后用光学用纸擦拭干净。当透镜清理干净，别再用手指触及它的表面。当透镜干燥后，按照反向操作顺序把它放回到原来的位置。

4结论

通过对光电直读光谱仪工作原理的阐述和光电直读光谱仪误差来源的分析，提出了提高分析结果稳定性的基本措施。在实际工作中，应认真学习光谱仪理论知识，正确选择标准样品和分析曲线，严格按照设备操作规程操作，并定期对仪器进行校准、维护和保养，努力提高操作技术水平，确保分析过程中检验数据的可靠性。

参考文献

[1] 韩春蕾.直读光谱仪在有色金属分析中的应用[J].科研发展,2013(1):88.

[2] 刘珂,杨凤娟,孙继卫. ARL-4460型直读光谱仪测量食用、药用铝合金中Cd元素含量的不确定度评定[J].价值工程,2013,32(1):307-308.

[3] 罗斌.如何提高直读光谱仪检测结果的准确性[J].中国高新技术企业,2012(7):98-100.

[4] 廉恩常.光电直读光谱仪的工作原理及误差分析[J].中国计量,2010(7):96-97.

[5] 邓斯予.试论光电直读光谱仪的工作原理及误差[J].化学工程与装备,2013(2):162-163.

[6] Thermo Fisher Scientific Inc.RTh ARL4460 User Manual [M],2010.

[7] 刘伟明,李洪,孙琳琳,等.SPECTRO 光电直读光谱仪的取样与使用[J].光谱实验室,2009,26(2):331-332.

[8] 刘伟明,李洪,孙琳琳,等.直读光谱仪使用中的日常维护与一般故障排除[J] .光谱实验室,2009,26(3) :673-674.

Study on improving stability of ARL4460 direct-reading spectrometer.YangFengjuan，LiuKe，LiJing，LiPeng

(NationalCenterofQualitySupervisionandInspectiononAluminumandAluminumProducts，Sanmenxia472000，China)

Abstract:This paper put forward the basic measures for improving stabilization of ARL4460 direct-reading spectrometer to ensure the reliability of the test data in the process of analysis.

Key words:direct-reading spectrometer; method principle; error source; stability

收稿日期：2015-06-11

DOI:10.3936/j.issn.1001-232x.2016.01.019

作者简介：杨凤娟，女，1982年出生，硕士研究生，工程师，主要研究方向：铝及铝合金产品质量检验，E-mail：yangfj1982@163.com。