如何确保光电直读光谱仪分析数据的准确性
1.前言
通常说的直读光谱仪是指同时式光电直读光谱仪。这表示当组成样品的原子受外部能量激发时，仪器可同时测量样品发射出的光中多条谱线强度。被分析的光大约位于150至800nm的波长范围内。因此光电直读光谱仪具有一次分析元素多、分析范围广、分析速度快、操作方便且检出限低、精确度高的优点，故被广泛应用于冶金行业的炉前、成品分析中。但随着光谱仪分析次数的增多， 使用时间的延长， 电子元器件老化，各种参数的变化， 将影响光谱仪分析数据的准确性。并且随着产品种类的不断增加和新产品的开发研制，对分析的快速性、准确性、及时性提出了新的要求。因此确保光谱仪分析数据的准确性，对生产过程控制具有重要的意义。
2.分析原理
通常情况下，原子处于基态，在激发光源作用下，原子获得足够的能量，外层电子由基态跃迁到较高的能量状态即激发态。处于激发态的原子是不稳定的，其寿命小于10-8s，外层电子就从高能级向较低能级或基态跃迁。多余能量以电磁辐射的形式释放出去，这样就得到了发射光谱。原子发射光谱是线状光谱。谱线波长与能量的关系如下：
λ=hc/（E2-E1）
式中E2、E1分别为高能级与低能级的能量，λ为波长，h为Planck常数，c为光速。
所有元素的原子结构都是不一样的，所以当每一种元素的原子被激发后，总能得到一组区别于其他元素特征谱线。因此，一个含有几种不同元素的样品在激发时将产生一系列由每种元素不同波长组成的光，通过一个色散系统将这些光波分开，检测特征谱线的存在与否及特征谱线的发光强度，特征谱线的强度和它的浓度成函数关系。利用光电倍增管在一段规定的时间（也就是积分时间）内积分，即光电倍增管把光信号转变成电流信号，并在计时器中进行强度积分。通过测量这种元素的发光强度，然后计算出每个元素的浓度。
3.如何确保光电直读光谱仪分析数据的准确性
3.1 仪器环境
光谱仪的检测能力主要取决于它的色散装置，其安装在光谱室内部。光谱仪的机械和光学元器件都是经过十分精心制作的，并经过很精心的调整，达到用户所期望的性能。为了避免因热膨胀而造成光学元器件的任何变形，保证色散系统的几何形状的稳定，故将光谱室放置在叫做恒温箱的温度控制的绝热仪器柜内，通过温度传感器控制加热装置来调节温度，使恒温箱在周围空气中的热损失与加热装置产生的热量之间达到某种程度的平衡。将光学室抽真空、保持恒温38±0.1℃， 全部光学器件都密封在真空室内。此外为了保证光谱仪的机械稳定性，任何情况下都必须避免撞击光谱仪内、外部。光谱仪外界环境：室内温度15～30℃，变化率小于5℃/小时；相对湿度20-80%；防震、防雷。
3.2透镜
透镜安装在光谱仪的分光室和火花室之间， 起隔断分光室和火花室及聚焦谱线的作用。激发一定数量的试样以后， 火花室内激发产生的灰烬等污染物及分光室内真空泵长时间运转蒸腾产生的油污分子会污染透镜的两个表面， 降低透镜的透光性， 引发光强值下降，影响分析数据的准确性。因此， 通常根据分析的样品量每半年或每年， 要将透镜取下， 浸泡在稀盐酸中数十分钟， 再用清水冲洗干净，最后用镜头纸擦拭干净后装上。
3.3 激发台火花室、电极
当样品激发到一定数量时，样品激发时产生的灰烬将聚集在激发台火花室内，影响了分析数据的准确性。且激发到一定时间时，电极头表面覆盖的灰烬，用电极刷无法完全清除，上面粘有铝，将影响其放电效果，进而影响分析数据的准确性。因此每周或分析了一定数量的试样后，应打开激发台，将火花室内的灰烬清理干净。电极渍泡在稀盐酸溶液中，将电极头上的铝沉积物溶解掉，然后用水冲洗干净，擦拭干净，固定好激发台，插入电极，用量规调整电极与激发台面的距离。
3.4 狭缝定位与扫描
光电直读光谱仪的入射狭缝不同厂家生产的不尽相同，通常为几十微米，出射狭缝35-100 um，是非常稳定的仪器，迹线漂移得很慢很慢。但随着使用时间的延长、外界温差变化较大、强烈震动都会使狭缝产生轻微位移， 从而使一些元素谱线的波峰没有全部透过出射狭缝， 降低了谱线的光强值，影响分析数据的准确性。这时需利用光谱仪的描迹功能选择一些短、中、长波长的元素分别进行描迹。谱线经过入射狭缝可产生“小孔成像”效应， 调节入射狭缝（见图1）， 很容易找出在出射狭缝上所有元素谱线的最佳波峰，这个最佳波峰就是最终的狭缝位置。在光谱仪环境发生较大变化或季节交替时出现有些元素短时间内分析数据发生较大偏差或精度下降， 一般都是由上述原因造成的。
图1
3.5 氩气
为了避免空气与样品表面发生各种相互反应，因此在惰性气体氩气气氛保护下在火花室内进行放电。氩气是光电直读光谱仪日常工作中必不可少的保护气体，其纯度与质量是影响分析数据准确性的主要因素之一。不纯氩气中水分等杂质会影响激发效果， 降低光强值， 甚至不能激发样品，而且水分经激发电离后产生氧， 氧会吸收某些元素发射的光，使这些元素的光强值下降， 从而影起分析结果的准确性。一般必须使用99.996%以上的氩气。为了保证仪器的正常使用及分析数据的准确性，一般应对氩气纯度进行检验。而现场通常不具备检验条件，故可按以下方法进行现场检验：在确保光谱仪是完好的情况下，使氩气直接与仪器接通，对标准样品进行激发，一方面观察激发样品时的分析数据；另一方面观察激发点是否正常。将分析数据与以往分析数据进行比较，可判断氩气是否满足分析要求。
3.6 样品制备与放样
取适当的样品，认真进行表面制备，这是绝对必要的。一方面，需要尽量均质的样品，无夹杂物、无气孔，另一方面需要干净、平整的表面，以便保证进行可靠的、重现性好的测量。样品制备好以后，不能用手触摸分析表面。必须避免在样品中心进行分析，因为靠近样品边缘部分的均质性更好。因此，样品应这样放置，它能遮盖住孔旁约3mm的分析架面积（见图2）。通常在常规分析中，可以在每个样品上进行2至3次测量，但必须避免火花的激发点重叠（围绕火花激发区的晕圈可以重叠）（见图3）。
图2 图3
3.7 标准化
标准化是保证分析数据准确性的最后一步。在日常分析工作之前， 应根据样品选择合适的分析曲线，再用与被测样品浓度相近的控样对工作曲线进行校对，如发现测量结果超出范围，则要对工作曲线进行标准化。这是因为温度、湿度、氩气纯度等变化会造成工作曲线的转动和移动。标准化也叫做漂移校正，是利用已建立的分析程序和分析任务对仪器进行校正，以保证测量结果的准确性。曲线标准化的过程就是修正工作曲线的漂移系数α、β值， 然后根据α、β值修正工作曲线。这样的标准化工作要经常进行， 同时还必须使用均匀性很好的标准化样品。
4.结论
总之为了保证分析数据的准确性，必须要做到以下几点：
1） 保证仪器内、外部环境条件。
2） 定期清理激发台、电极、透镜。
3） 定期进行狭缝定位与扫描。
4） 选择合格的氩气。
5） 保证样品分析表面无夹杂物、无气孔、干净、平整。
6） 经常进行标准化，使仪器保持在最佳状态。
做到了以上几点，就可以为生产提供及时、准确可靠的数据。
