直读光谱仪在铁基材料成分检验中的应用

　　1、概述：原子发射光谱法是根据处于激发状态的待测原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。这一分析方法包括了三个主要过程：即首先由光源提供能量使样品蒸发，形成气态原子，并进一步将气态原子激发产生光辐射；然后将光源发出的复合光经单色光器分解成按波长顺序排列的光谱，最后用检测器检测光谱中谱线的波长和光强度。由于待测元素的原子能级结构不同，因此发射谱线的波长不同，据此可对样品进行定性定量分析。在各种材料的定性定量分析中，原子发射光谱法发挥了重要作用，特别是新型光源的研制与电子技术的不断更新与应用，使原子发射光谱分析获得了新的发展，成为仪器分析中最重要的方法之一。

　　2、原理：将制备好的块状样品作为一个电极，用光源发生器使样品与电极之问激发发光，并将该光束引入分光室，通过色散原件将光谱分解后，对选定的内标线和分析线强度进行测量，根据标准样品制作的标准曲线，求出样品中待测元素的含量。

　　3、试验条件：
　　氩气纯度99.999%；
　　氩气流量：冲洗6~15 L/min，积分2.5~7L/min，静止0.5~1 L/min。
　　对电极：直径4 mm。
　　供电要求接地电阻小于4Q，主机供电220V 16A 50Hz，计算机供电220V 16A 50Hz；
　　环境条件：温度范围15℃～30℃，相对湿度20％～80％。

　　4、样品制备：直读光谱仪分析技术要求分析样品应保证均匀，无缩空和裂纹，铸态样品的制取应将钢水注入规定的模具中，用铝脱氧剂时，脱氧剂含量不应超过0.35%，钢材取样应选取具有代表性的部位。通常要求分析样品的直径大于16 mm，厚度大于2 mm，并保证样品表面平整、洁净。把握以下两点对提高光谱检验的精度非常有益，其一，将样品用车床和铣床加工成光滑平面，并且用无水乙醇擦拭。其二，将标准样品，控制样品及试样在同一温度条件下激发。

　　5、减少分析误差的方法探索：无论如何对于直读光谱仪检测，都存在分析误差。以下几个方面选择最合适的参数，可以最大限度地减少误差。

　　(1)干扰校正：干扰校正主要包括两个方面：第一，以基本元素(Fe)为内标，建立分析元素与内标间相对强度对元素含量的标准工作曲线，以消除高含量基体对微量元素测量的影响。第二，针对固定的元素通道给选择元素测定波长带来的不便及高含量元素的干扰，利用仪器的软件进行自动的干扰校正。

　　(2) 标准工作曲线：在选定的分析条件下，测定标准样品中元素的谱线强度，以基体(Fe)为内标，绘制相对强度与元素含量的标准工作曲线，在清理了火花台内部，清理了光路，改变了基体，更换了氩气瓶或调整了氩气流后，都应利用两点法进行曲线标准化校正。

　　(3)氩气纯度及冲洗时间对测量结果的影响：氩气不纯会导致样品激发不正常，也就是有扩散放电，使试样表面色泽发白，其激发谱线强度降低，特别是硫元素的谱线波长较短，易被水蒸汽和空气中的氧吸收。谱线强度更低，从而使分析结果严重偏低。一般要求氩气纯度在99．99％以上。
    氩气冲洗时间主要有激发室容积的大小、氩气流量及纯度、样品表面对氧和水分的平均吸收量等因素决定。实践证明，氩气冲洗时间适当延长，有利于改善元素测定结果的准确度和精密度，一般不低于3s。

    (4)样品的组织结构对测量结果的影响：仪器所带的校准曲线采用国际标准样品制作。由于标准样品和试样的冶炼工艺和制作过程不同，标准样品多为锻造、轧制状态，试样多为浇铸状态，加工过程不同，组织结构也不同，影响其熔点和导热性，改变其被光源清浊的程度，从而影响分析结果。我们用中低合金钢标准样品(GSBH40068～93)验证曲线线性和准确性，其中硫元素的线性和准确性偏离较大。为了消除组织结构不同造成的影响，在光谱分析中我们采取如下措施：
　　①在原校正曲线的基础上，根据不同单位的样品，制作现场校准曲线。
　　②用自制控制样品进行类型标准化，用自制控制样品类型标准化后的曲线进行样品分析。

　　(5)样品的制备精度对测量结果的影响：样品制备对分析结果有显着影响，特别对硫元素影响更大。一般要求样品表面要洁净、纹路清晰，无气孔、砂眼。有气孔、砂眼，将影响激发效果，使结果偏高。纹路不清晰对测量结果也有影响，同一块样品磨制，纹路不清，分析结果与红外碳硫仪对照，结果偏差较大，重新磨制纹路清晰后再分析，则结果与红外碳硫仪测定值接近。

    (6)样品温度对测量结果的影响：通过长期实践证明，光谱分析样品的温度与检测结果也有很直接的关系，所以在前面取样分析中已作了详细的阐述，特别是样品温度对硫元素测定结果产生一定影响，温度越高，影响越大。因此在制样或样品激发过程中，如果样品温度过高，应将样品冷却至接近室温后再测定。样品元素分布的偏析对测量结果的影响，金属材料中各个元素分布偏析现象是普遍存在的，只有对标准样品的制备才提出了较高的元素均匀化处理的要求，所以在检测过程中只能通过控制检测样品的温度，特别是硫，它是钢中易偏差的元素之一。钢在冷却过程中，是由外至内逐渐冷却的，由于中心温度高于边缘温度，硫元素向中心富集造成偏差，易导致测量结果偏差较大。在取制样品时要缓冷，避免急冷，分析时应至少激发3个点，而且激发点分布要均匀。

    6、存在的问题
    (1)检测时虽然对样品的用量少，只需在样品的表面激发少量的样品即可完成光谱全分析，但由于取样量少，样品不均匀而使分析结果的误差增大，如上所述硫元素的检测，它属于易于偏析的元素。
    (2)样品分析时要对材料的表面做抛光打磨处理，虽然磨损量微小，但对于一些壁厚较薄的材料，还是有可能超出样品检测厚度的负偏差。
    (3)理论上对任何形状的铁基材料都可以检测，但由于火花台面设计与制造的原因，尽管配备小样品火花台及小样品夹具，还有部分小样品仍然无法检测，一些小的棒材及管材的检测数据准确度不够。
    (4)仪器对大气压力及温度变化的适应能力还存在一定的差异，样品检测过程中大气压力及温度的细微变化对检测结果都会产生一定的影响。
    (5)光谱分析是一种相对的分析方法，需要一套标准样品对照，往往由于标准样品不易制备而使分析受到一定限制，特别是检测进口样品，因没有相应的标准样品无法进行准确的测定。