光电发射直读光谱仪分析条件的选择

王许定

摘 要：在利用光电发射直读光谱仪进行分析检测工作时，选择正确的分析条件是开展分析检测工作的前提，这里详细阐述了光电直读光谱分析条件的选择。

关键词：光电直读光谱仪;分析条件;选择

直读光谱仪是快速分析金属材料常用仪器之一，它具有快速、准确、精度高、操作简单等特点，是化学分析方法无法比拟的，随着直读光谱仪使用更加广泛和普及，目前直读光谱仪已不再是炉前快速分析的专用仪器，很多成品和半成品也用直读光谱分析结果作为最终分析结果。所以要获得准确分析结果，仪器的正确使用尤为重要，在直读光谱分析中，没有正确的选择分析条件，导致仪器不稳定，会使分析结果产生很大波动，为了便于使用者处理仪器使用中所出现的异常现象，缩短仪器停机时间，提高分析的准确性，就直读光谱仪分析条件的选择及常见问题的处理进行探讨。

1 仪器及工作条件

仪器设备 ARL3460直读光谱仪（火花光源，真空型，标准光栅）;CZA-4C 氩气净化器;车床或全自动铣样机。工作条件 氩气纯度 ≥99.996% ;氩气压力0.25MPa～0.35MPa;室温  18℃～25℃;湿度 <75%;光谱仪光谱室真空度0～30;光室温度：应为32℃±0.1℃;光电倍增管负高压应为-1000V;狭缝位置：扫描刻度盘。

2 光源参数

发射光谱分析的准确度和灵敏度和光源的条件密切相联。而只有对光源条件进行试验后，才能确定选择出各种金属材料的最佳分析条件。电容、电感、电阻的作用，这三个电学参数对分析元素的再现性是很重要的。目前各生产商的光电直读光谱仪的光源参数，生产厂在出厂时已调整好了，因此可改变的参数就是放电次数。

这两种放电在间隙中释放出的能量相同、凝聚放电形式的样品蒸发较剧烈，放电集中在样品的较小面积上，而扩散放电形式样品的蒸发不激烈。凝聚放电在阴极处的放电电流密度大。以上两种放电所得分析结果差别很大。

3 电极间距的选择

激发时电极间距的大小对分析精度是有很大影响的，电极间距过大稳定性差，又难于激发，精度也差。电极间距较小，虽然激发容易，可是随着放电次数的增加，辅助电极凝聚物质增加，容易造成长尖使得间距变小，这样也会影响分析精度，特别是对间距变化敏感的分析元素分析精度更差。所以电极间距不能过大也不能过小，一般分析间隙采用3-5毫米，由极矩规来调整。

4 氩气流量的选择

光电发射光谱分析的准确度和灵敏度与分析间隙中的激发气氛有很大关系。火花室中的空气（主要是O2，N2和水蒸汽）对紫外光有强烈的吸收作用，使谱线的强度变弱，分析灵敏度下降，同时在激发过程中由于选择性氧化，产生第三元素的影响，使分析再现性变差。激发过程中产生的大量金属蒸汽，容易污染聚光镜和火花室，也会影响分析精度。

为了在分析各种合金元素时，避免空气的影响，激发放电过程要在惰性气体氩气气氛中进行，同时激发过程中生成的金属蒸气排出火花室。不同元素对氩气纯度要求不同，氩气的流量、压力不仅要合适而且要稳定，否则会得到不准确的分析结果。氩气流量小，不能排除火花室中的空气和试样激发分解出来的含氧化物，结果会引起扩散放电，因此氩气流量不能过小。

5 预燃时间和曝光时间的选择

5.1 预燃时间

在光电光谱分析中，对试样的激发需要一段予燃时间。试样在充有氩气的火花室中激发，空气绝大部分被赶跑，所以激发放电中选择性氧化的影响、氧化吸收紫外线的影响就比较小，但依然存在着复杂的物理化学过程，如蒸发、扩散的过程等。必须经过一定的时间后，才能达到稳定的放电，即各元素谱线的绝对强度和相对强度更趋于稳定，此过程称为予燃阶段。但这个过程要比在空气中短些。并且对于不同的钢种，不同的元素的予燃曲线是不一样的。

5.2 曝光时间

曝光时间的确定，主要取决于激发样品中元素分析的再現性好坏。曝光过程是光电流向积分电容中充电（也称积分）的过程。积分的结果可认为是取光电流的平均值，所以积分时间不易过短。为了保证分析精度，使火花放电的总次数在2000～3000次左右。使基体元素和分析元素的光强值和比值比较适中。在正常分析时，曝光时间一般采用3—5秒。但是采用不同的光源曝光时间也不同，曝光时间长短与光源的能量大小有关。

对于予燃时间的选择可以采用描迹法和积分法来确定。描迹法是做出各元素的予燃曲线，综合兼顾每个元素达到稳定的时间、确定共同的予燃时间。积分法是在不同的予燃时间下，反复激发试样，观察其各元素分析结果的再现性，从而选出适当的予燃时间。予燃时间的长短与光源性能有关，能量大的，予燃时间就会短些。可以根据具体的分析类型进行选择：

（1）对于中低含量合金予燃时间可选4—6秒;

（2）高合金含量的予燃时间可选5—8秒;

（3）易切削材料的预燃时间可为10—30秒。

6 激发电极的选择

发射光谱分析使用的激发电极种类很多，有碳，铜、铝、钨、银等等，需要根据分析方法、分析对象而选用不同的激发电极。选择的原则是要保证较好的分析精密度，并且电极材料中不应该含有被分析的元素;电侵蚀要小;在光电光谱分析时，还要连续多次使用，以便提高分析速度。用银电极做激发电极时，容易得到纯度高的银，由于银的熔点高，热容量和导热性能好，有良好的导电性和抗腐蚀性。在进行钢铁分析时，一般钢中不含银，用银做激发电极分析精密度比较高，银电极头须车成园锥体，顶端成90。角。但使用单向放电的激发光源，在放电时激发电极易被侵蚀，因此采用钨棒作激发电极，用钨电极一般不容易长尖，可连续使用数百次也不要清理电极，可以提高分析效率，适合大批量分析。

7 内标元素线的选择

不管使用什么样的光源，从试样进入火花间隙的原子是不可能等量的，每次激发原子尽管相同，但由于光源稍有漂移，就会使得到的谱线强度发生变化，谱线强度不可能得到再现。特别是在照相光谱分析方法中，变化因素很多，由于应用“内标法”的方法，就可明显地补偿了这些变化因素，提高了分析精密度。作光谱定量分析，一般都用内标法。但在光电光谱分析时，要安装许多内标元素通道是很困难的，因此采用同一内标线。分析时常以样品中的基体作为内标元素。所以内标线即为基体元素的一条谱线。当激发光源有波动时，组成分析线对的两条谱线的强度虽然有变化，但强度比或相对强度能保持不变。

8 高低标试样的设置

在日常分析中，经常校正工作曲线是非常重要的，一般绘制中低合金含量的一条工作曲线需要使用十几块标准样品，并且需要几个小时的时间才能完成制作任务。选择一组标准化样品是非常不易的事情，其中包括所有要分析的元素的高含量和低含量。标准化样品必须在制做元素工作曲线的同时，把标准化样品激发，以保证曲线没有偏移和给定值是正确的。如果不使用高低标校正，而是每次都进行完全标准化，对每个标准样品进行测试需要花费很长的时间，而且标准化样品价格很贵大量消耗必然增加分析成本。

9 结语

光电直读光谱仪是光和电结合的精密仪器，正确地选用分析条件，保持光谱仪各部件的高性能和高指标，是保证分析结果的前提，正确的选择了各种条件，能够得到稳定和准确的分析结果，提高分析检测效率，节约分析成本。