直讀光譜儀在鐵基材料成分檢驗中的應用

　　1、概述：原子發(fā)射光譜法是根據處于激發(fā)狀態(tài)的待測原子回到基態(tài)時(shí)發(fā)射的特征譜線(xiàn)對待測元素進(jìn)行分析的方法。這一分析方法包括了三個(gè)主要過(guò)程：即首先由光源提供能量使樣品蒸發(fā)，形成氣態(tài)原子，并進(jìn)一步將氣態(tài)原子激發(fā)產(chǎn)生光輻射；然后將光源發(fā)出的復合光經(jīng)單色光器分解成按波長(cháng)順序排列的光譜，最后用檢測器檢測光譜中譜線(xiàn)的波長(cháng)和光強度。由于待測元素的原子能級結構不同，因此發(fā)射譜線(xiàn)的波長(cháng)不同，據此可對樣品進(jìn)行定性定量分析。在各種材料的定性定量分析中，原子發(fā)射光譜法發(fā)揮了重要作用，特別是新型光源的研制與電子技術(shù)的不斷更新與應用，使原子發(fā)射光譜分析獲得了新的發(fā)展，成為儀器分析中最重要的方法之一。

　　2、原理：將制備好的塊狀樣品作為一個(gè)電極，用光源發(fā)生器使樣品與電極之問(wèn)激發(fā)發(fā)光，并將該光束引入分光室，通過(guò)色散原件將光譜分解后，對選定的內標線(xiàn)和分析線(xiàn)強度進(jìn)行測量，根據標準樣品制作的標準曲線(xiàn)，求出樣品中待測元素的含量。

　　3、試驗條件：
　　氬氣純度99.999%；
　　氬氣流量：沖洗6~15 L/min，積分2.5~7L/min，靜止0.5~1 L/min。
　　對電極：直徑4 mm。
　　供電要求接地電阻小于4Q，主機供電220V 16A 50Hz，計算機供電220V 16A 50Hz；
　　環(huán)境條件：溫度范圍15℃～30℃，相對濕度20％～80％。

　　4、樣品制備：直讀光譜儀分析技術(shù)要求分析樣品應保證均勻，無(wú)縮空和裂紋，鑄態(tài)樣品的制取應將鋼水注入規定的模具中，用鋁脫氧劑時(shí)，脫氧劑含量不應超過(guò)0.35%，鋼材取樣應選取具有代表性的部位。通常要求分析樣品的直徑大于16 mm，厚度大于2 mm，并保證樣品表面平整、潔凈。把握以下兩點(diǎn)對提高光譜檢驗的精度非常有益，其一，將樣品用車(chē)床和銑床加工成光滑平面，并且用無(wú)水乙醇擦拭。其二，將標準樣品，控制樣品及試樣在同一溫度條件下激發(fā)。

　　5、減少分析誤差的方法探索：無(wú)論如何對于直讀光譜儀檢測，都存在分析誤差。以下幾個(gè)方面選擇最合適的參數，可以最大限度地減少誤差。

　　(1)干擾校正：干擾校正主要包括兩個(gè)方面：第一，以基本元素(Fe)為內標，建立分析元素與內標間相對強度對元素含量的標準工作曲線(xiàn)，以消除高含量基體對微量元素測量的影響。第二，針對固定的元素通道給選擇元素測定波長(cháng)帶來(lái)的不便及高含量元素的干擾，利用儀器的軟件進(jìn)行自動(dòng)的干擾校正。

　　(2) 標準工作曲線(xiàn)：在選定的分析條件下，測定標準樣品中元素的譜線(xiàn)強度，以基體(Fe)為內標，繪制相對強度與元素含量的標準工作曲線(xiàn)，在清理了火花臺內部，清理了光路，改變了基體，更換了氬氣瓶或調整了氬氣流后，都應利用兩點(diǎn)法進(jìn)行曲線(xiàn)標準化校正。

　　(3)氬氣純度及沖洗時(shí)間對測量結果的影響：氬氣不純會(huì )導致樣品激發(fā)不正常，也就是有擴散放電，使試樣表面色澤發(fā)白，其激發(fā)譜線(xiàn)強度降低，特別是硫元素的譜線(xiàn)波長(cháng)較短，易被水蒸汽和空氣中的氧吸收。譜線(xiàn)強度更低，從而使分析結果嚴重偏低。一般要求氬氣純度在99．99％以上。
    氬氣沖洗時(shí)間主要有激發(fā)室容積的大小、氬氣流量及純度、樣品表面對氧和水分的平均吸收量等因素決定。實(shí)踐證明，氬氣沖洗時(shí)間適當延長(cháng)，有利于改善元素測定結果的準確度和精密度，一般不低于3s。

    (4)樣品的組織結構對測量結果的影響：儀器所帶的校準曲線(xiàn)采用國際標準樣品制作。由于標準樣品和試樣的冶煉工藝和制作過(guò)程不同，標準樣品多為鍛造、軋制狀態(tài)，試樣多為澆鑄狀態(tài)，加工過(guò)程不同，組織結構也不同，影響其熔點(diǎn)和導熱性，改變其被光源清濁的程度，從而影響分析結果。我們用中低合金鋼標準樣品(GSBH40068～93)驗證曲線(xiàn)線(xiàn)性和準確性，其中硫元素的線(xiàn)性和準確性偏離較大。為了消除組織結構不同造成的影響，在光譜分析中我們采取如下措施：
　　①在原校正曲線(xiàn)的基礎上，根據不同單位的樣品，制作現場(chǎng)校準曲線(xiàn)。
　　②用自制控制樣品進(jìn)行類(lèi)型標準化，用自制控制樣品類(lèi)型標準化后的曲線(xiàn)進(jìn)行樣品分析。

　　(5)樣品的制備精度對測量結果的影響：樣品制備對分析結果有顯著(zhù)影響，特別對硫元素影響更大。一般要求樣品表面要潔凈、紋路清晰，無(wú)氣孔、砂眼。有氣孔、砂眼，將影響激發(fā)效果，使結果偏高。紋路不清晰對測量結果也有影響，同一塊樣品磨制，紋路不清，分析結果與紅外碳硫儀對照，結果偏差較大，重新磨制紋路清晰后再分析，則結果與紅外碳硫儀測定值接近。

    (6)樣品溫度對測量結果的影響：通過(guò)長(cháng)期實(shí)踐證明，光譜分析樣品的溫度與檢測結果也有很直接的關(guān)系，所以在前面取樣分析中已作了詳細的闡述，特別是樣品溫度對硫元素測定結果產(chǎn)生一定影響，溫度越高，影響越大。因此在制樣或樣品激發(fā)過(guò)程中，如果樣品溫度過(guò)高，應將樣品冷卻至接近室溫后再測定。樣品元素分布的偏析對測量結果的影響，金屬材料中各個(gè)元素分布偏析現象是普遍存在的，只有對標準樣品的制備才提出了較高的元素均勻化處理的要求，所以在檢測過(guò)程中只能通過(guò)控制檢測樣品的溫度，特別是硫，它是鋼中易偏差的元素之一。鋼在冷卻過(guò)程中，是由外至內逐漸冷卻的，由于中心溫度高于邊緣溫度，硫元素向中心富集造成偏差，易導致測量結果偏差較大。在取制樣品時(shí)要緩冷，避免急冷，分析時(shí)應至少激發(fā)3個(gè)點(diǎn)，而且激發(fā)點(diǎn)分布要均勻。

    6、存在的問(wèn)題
    (1)檢測時(shí)雖然對樣品的用量少，只需在樣品的表面激發(fā)少量的樣品即可完成光譜全分析，但由于取樣量少，樣品不均勻而使分析結果的誤差增大，如上所述硫元素的檢測，它屬于易于偏析的元素。
    (2)樣品分析時(shí)要對材料的表面做拋光打磨處理，雖然磨損量微小，但對于一些壁厚較薄的材料，還是有可能超出樣品檢測厚度的負偏差。
    (3)理論上對任何形狀的鐵基材料都可以檢測，但由于火花臺面設計與制造的原因，盡管配備小樣品火花臺及小樣品夾具，還有部分小樣品仍然無(wú)法檢測，一些小的棒材及管材的檢測數據準確度不夠。
    (4)儀器對大氣壓力及溫度變化的適應能力還存在一定的差異，樣品檢測過(guò)程中大氣壓力及溫度的細微變化對檢測結果都會(huì )產(chǎn)生一定的影響。
    (5)光譜分析是一種相對的分析方法，需要一套標準樣品對照，往往由于標準樣品不易制備而使分析受到一定限制，特別是檢測進(jìn)口樣品，因沒(méi)有相應的標準樣品無(wú)法進(jìn)行準確的測定。