火花源原子发射光谱分析技术教材

1、幻灯片1火花源原子发射光谱分析技术主讲教师：张海强强幻灯片2本次培训的的主要目目的是：1、了解火火花发射射光谱的的基本概概念和理理论知识识；2、熟悉火火花光谱谱仪器的的组成结结构及工工作原理理；3、具备火火花发射射光谱仪仪器的实实际操作作能力；4、掌握该该技术在在相关领领域的应应用。即分析检测测技术基基础、仪仪器与操操作技术术。幻灯片3 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片4第一部分 光谱分析基础知识一 基本原理二 光谱仪的基本结构幻灯片5SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGE

2、FORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片6SHAPE * MERGEFORMAT 1.1 基本概念SHAPE * MERGEFORMAT 定量分析方法6原子发射光谱定量分析5原子发射光谱定性分析4光谱分析相关术语3原子发射光谱的基本原理2基本概念1相应标准重复性和再现性第三部分 标准方法与应用仪器设计与结构特点仪器操作技术第二部分 仪器与操作技术基本原理光谱仪的基本结构第一部分 光谱分析基础知识定量分析方法6原子发射光谱定量分析5原子发射光谱定性分析4光谱分析相关术语3原子发射光谱的基本原理2基

3、本概念1相应标准重复性和再现性第三部分 标准方法与应用仪器设计与结构特点仪器操作技术第二部分 仪器与操作技术基本原理光谱仪的基本结构第一部分 光谱分析基础知识幻灯片71.1.11 光谱谱和光谱谱分析光谱是复色色光经过过色散系系统（如如棱镜、光光栅）分分光后，被被色散开开的单色色光按波波长（或或频率）大大小而依依次排列列的图案案。即按按照波长长(或频频率)顺顺序排列列的电磁磁辐射。可可见光、无无线电波波、微波波、红外外线、紫紫外线、XX射线、射线和宇宙射线等都是电磁辐射。幻灯片8光谱分析属属于光学学分析。光学分析是是基于电电磁辐射射与物质质相互作作用后产产生的辐辐射信号号的波长长和强度度或发生生

4、的变化化来测定定物质的的一类分分析方法法。包括括光谱法法和非光光谱法。按获得方式式：发射射光谱法法、吸收收光谱法法、拉曼曼光谱法法；按本质特性性：分子子光谱（红红外吸收收、紫外外-可见见吸收、分分子荧光光和磷光光）、原原子光谱谱（原子子发射、原原子吸收收、原子子荧光、XX射线荧荧光）幻灯片9紫外线、可可见光和和红外线线统称为为光学光光谱。一一般所谓谓“光谱”仅指光光学光谱谱而言。 幻灯片101.1.2 光 谱 分 析根据特征光谱的波长进行定性分析，光谱的强度进行定量分析SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 1859年，德国物理学家基尔霍夫、德国化学家本

5、生研制第一台用于光谱分析的分光镜，实现了光谱检验远紫外区 10 200nm 原子及分子外层电子能级跃迁近紫外区 200 380nm可 见 区 380 780nm1859年，德国物理学家基尔霍夫、德国化学家本生研制第一台用于光谱分析的分光镜，实现了光谱检验远紫外区 10 200nm 原子及分子外层电子能级跃迁近紫外区 200 380nm可 见 区 380 780nm 幻灯片111.1.3 光谱的种类SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片12线状光谱由一系列分开的有确定峰

6、位的锐线光谱组成；带状光谱由多组多条波长靠的很近的谱线，由于仪器分辨不开而呈带状分布；连续光谱由于背景增加而形成光谱的连续部分，由于热辐射产生；通常线状光谱和带状光谱是叠加在连续光谱上的。幻灯片131.1.4 光谱分析的特点SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片14SHAPE * MERGEFORMAT 1.2 SPARK-AES的基本原理SHAPE * MERGEFORMAT 抗环境干扰能力强维护方便，故障率低分析速度快(20

7、30秒)，运行成本低仪器检测限低，分析精密度高，结果准确使用灵活，性能可靠，稳定性好发射光谱，吸收光谱荧光光谱，拉曼光谱按能量传递方式原子光谱，分子光谱X射线能谱，射线能谱按电磁辐射连续光谱，带状光谱线状光谱按 外 形光学光谱，微波光谱X射线，射线按波长及测定方法1930年以后，建立了光谱定量分析方法。“内标”原理的引入，奠定了原子发射光谱定量分析的基础。抗环境干扰能力强维护方便，故障率低分析速度快(2030秒)，运行成本低仪器检测限低，分析精密度高，结果准确使用灵活，性能可靠，稳定性好发射光谱，吸收光谱荧光光谱，拉曼光谱按能量传递方式原子光谱，分子光谱X射线能谱，射线能谱按电磁辐射连续光谱，

8、带状光谱线状光谱按 外 形光学光谱，微波光谱X射线，射线按波长及测定方法1930年以后，建立了光谱定量分析方法。“内标”原理的引入，奠定了原子发射光谱定量分析的基础。幻灯片1551.2.11 原子子发射光光谱分析析过程 使试样在外外界能量量的作用用下转变变成气态态原子，并并使气态态原子的的外层电电子激发发至高能能态。当当从较高高的能级级跃迁到到较低的的能级时时，原子子将释放放出多余余的能量量而发射射出特征征谱线。产产生的辐辐射经过过光栅进进行色散散分光后后，用检检测器采采集按波波长顺序序排列的的谱线的的强度，经经计算机机处理得得到不同同元素的的含量 幻灯片166 SHAPE * MERGEFO

9、RMAT 幻灯片1771.2.22 原子子发射光光谱的产产生热能、电能能 激发态M*E基态元素MSHAPE * MERGEFORMAT 特征辐射SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片1881.2.33 能量量辐射公公式式中E2、EE1分别别为高能能级、低低能级的的能量，通通常以电电子伏特特为单位位；h为普朗克克常数（66.6225610-34JJS）；及分别别为所发发射电磁磁波的频频率及波波长，cc为光在在真空中中的速度度，等于于2.999710110cmms-11。幻灯片199 1.3 光谱分析相关术语SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片2001.3.11 基 态在正常状态

10、态下，原原子处于于最低能能级，这这时电子子在离核核最近的的轨道上上运动，这这种定态态叫基态态。这是是电子的的稳定状状态 。幻灯片2111.3.22 激发发态当原子受到到外界能能量（如如热能、电电能等）的的作用时时，原子子由于与与高速运运动的气气态粒子子和电子子相互碰碰撞而获获得了能能量，使使原子中中外层的的电子从从基态跃跃迁到更更高的能能级上，处处在这种种状态的的原子称称激发态态。 幻灯片2221.3.33 原子子发射光光谱分析析元素在受到到热或电电激发时时，由基基态跃迁迁到激发发态，返返回到基基态时，发发射出特特征光谱谱，依据据特征光光谱进行行定性、定定量的分分析方法法。幻灯片2331.3.

11、44 线状状光谱每一条所发发射的谱谱线的波波长，取取决于跃跃迁前后后两个能能级之差差。由于于原子的的能级很很多，原原子在被被激发后后，其外外层电子子可有不不同的跃跃迁，但但这些跃跃迁应遵遵循一定定的规则则，因此此对特定定元素的的原子可可产生一一系列不不同波长长的特征征光谱线线这些谱线按按一定的的顺序排排列，并并保持一一定的强强度比例例。原子子的各个个能级是是不连续续的（量量子化）。电电子的跃跃迁也是是不连续续的这就就是原子子光谱是是线状光光谱的根根本原因因幻灯片2441.3.55 分析析线和参参比线分析线：一一般是指指从第一一激发态态状态下下跃迁到到基态时时，所发发射的谱谱线，亦亦称共振振线参

12、比线（内内标线）：由于试试样的蒸蒸发、激激发条件件以及试试样组成成等的变变化，会会直接影影响谱线线强度，所所以常选选用一条条比较谱谱线，用用分析线线与比较较线的强强度比进进行光谱谱定量分分析，所所采用的的比较线线称参比比线或内内标线幻灯片255 SHAPE * MERGEFORMAT 1.4 原子发射光谱定性分析1.4 原子发射光谱定性分析 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 特征光谱 光谱不同 电子结构不同 元素不同原子发射光谱定

13、性分析：从识别元素的特征光谱来鉴别元素的存在 特征光谱 光谱不同 电子结构不同 元素不同原子发射光谱定性分析：从识别元素的特征光谱来鉴别元素的存在 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片261.5 原子发射光谱定量分析SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE *

14、 MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 1.5.4 内标元素、内标线和分析线的选择条件1.5.3 内标法定量分析的基本公式1.5.2 内标法和分析线对1.5.1 谱线强度与试样浓度的关系1.5.4 内标元素、内标线和分析线的选择条件1.5.3 内标法定量分析的基本公式1.5.2 内标法和分析线对1.5.1 谱线强度与试样浓度的关系 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 1.5.7 干扰的种类1.5.6 光谱干扰1.5.5 谱线的自吸与自蚀1.5.7 干扰的种类1.5.6 光谱干扰1.5.

15、5 谱线的自吸与自蚀幻灯片2771.5.11谱线强强度与试试样浓度度的关系系在条件一定定时，谱谱线强度度I 与与待测元元素含量量c关系系为： I = a c a为常常数(与与蒸发、激激发过程程等有关关)，考考虑到发发射光谱谱中存在在着自吸吸现象，需需要引入入自吸常常数 bb ，则则： 发发射光谱谱分析的的基本关关系式，称称为塞伯伯-罗马马金公式式（经验验式）。自自吸常数数 b 随浓度度c增加加而减小小，当浓浓度很小小，自吸吸消失时时，b=1。幻灯片2881.5.22 内标标法和分分析线对对由于试样的的蒸发、激激发条件件以及试试样组成成的任何何变化，均均会直接接影响谱谱线强度度，这种种变化往往往

16、很难难避免，所所以在实实际光谱谱分析时时，常选选用一条条比较谱谱线，用用分析线线与比较较线强度度比进行行光谱定定量分析析，以抵抵偿这些些难以控控制的变变化因素素的影响响，所采采用的比比较线称称内标线线，提供供这种比比较线的的元素称称为内标标元素。幻灯片299在光谱定量量分析中中，内标标元素的的含量变变化不大大，它可可以是试试样中的的基本成成份，也也可以是是以一定定的含量量加入试试样中的的外加元元素。这这种按分分析线强强度比进进行光谱谱定量分分析的方方法称内内标法；所选用用的分析析线与内内标线的的组合叫叫做分析析线对。幻灯片3001.5.33 内标标法定量量分析的的基本公公式如果分别以以a、rr

17、，表示示分析线线、内标标线，则则： 分分析线强强度 I aa=A a CC a b aa 内内标线强强度 I rr=A r CC r b rr 当内标元素素Cr 固定时时，即II r=A0 ，由由此分析析线对的的强度比比为: 令令 K=AAa/AA0, C=CCa, b=bb a则则 在一定的浓浓度范围围内，KK、b与与浓度无无关，此此式即为为 RR=K C bb 幻灯片3111.5.44 内标标元素、内内标线和和分析线线的选择择必须具具备下列列条件： (1) 分分析线对对应具有有相同或或相近的的激发电电位和电电离电位位，以减减小放电电温度(激发温温度)的的改变对对分析线线对相对对强度因因离解

18、度度激发效效率及电电离度的的变化所所引起的的影响(2) 内内标元素素与分析析元素应应具有相相接近的的熔点、沸沸点、化化学活性性及相近近的原子子量，以以减小电电极温度度(蒸发发温度)的改变变对分析析线对相相对强度度因重熔熔、溅射射、蒸发发、扩散散等变化化所引起起的影响响幻灯片322(3) 内内标元素素的含量量，不随随分析元元素的含含量变化化而改变变，在钢钢铁分析析中常采采用基体体元素铁铁作为内内标；在在制作光光谱分析析标准样样品成分分设计时时，往往往使内标标元素含含量基体体保持一一致，以以减少基基体效应应的影响响(4) 分分析线及及内标线线自吸收收要小，一一般内标标线常选选用共振振线，其其自吸收

19、收系数bb=1，对对分析线线的选择择在低含含量时可可选用共共振线外外，在高高含量时时，可选选用自吸吸收系数数b接近近1的非非共振线线(5) 分分析线和和内标线线附近背背景应尽尽量小，且且无干扰扰元素存存在，以以提高信信噪比。幻灯片3331.5.55 谱线线的自吸吸与自蚀蚀自吸：中心心发射的的辐射被被边缘的的同种基基态原子子吸收，使使辐射强强度降低低的现象象元素浓度低低时，不不出现自自吸。随随浓度增增加，自自吸越严严重，当当达到一一定值时时，谱线线中心完完全吸收收，如同同出现两两条线，这这种现象象称为自自蚀幻灯片3441.5.66 光谱谱干扰 试样被激发发时所发发射出待待测元素素分析线线以外的的

20、谱线，以以及试样样中其他他共存元元素所发发射的辐辐射，都都可能引引起对测测定的干干扰。幻灯片3551.5.77 干扰扰的种类类谱线重叠干干扰连续背景干干扰投射到检测测器上的的杂散光光的干扰扰幻灯片3661.6 定定量分析析方法 分析强度浓度校准曲线法：采用绝对强度与元素含量的关系进行光谱定量分析的方法 参比强度浓度校准曲线法（内标法）：通常用分析线和内标线强度比对元素含量的关系来进行光谱定量分析，称为内标法参比强度相对浓度校准曲线法：对于高合金钢、基体成份变化较大时（3%），会使结果发生偏离幻灯片37校准曲线SHAPE * MERGEFORMAT 校准曲线法 校准曲线法 幻灯片3881.6.1

21、1 定量量分析方方法的应应用 A 持久曲曲线法B 标准试试样法C 控制试试样法幻灯片399A 持久久曲线法法 预先用标准准试样法法制作持持久校准准曲线，每每次分析析时仅激激发分析析试样，从从持久曲曲线上求求含量在实际分析析过程中中，只需需用标准准化样品品对校准准曲线的的漂移进进行修正正即可幻灯片400B 标准试试样法 分析前用标标准试样样法制作作一新的的校准曲曲线，然然后激发发分析试试样，从从曲线上上求含量量 幻灯片411C 控制试试样法 在实际工作作中，由由于分析析试样和和标样的的冶金过过程和某某些物理理状态的的差异，常常使校准准曲线发发生变化化，为避避免试样样冶金状状态变化化给分析析带来的

22、的影响，常常用一个个与分析析试样的的冶金过过程和物物理状态态相一致致的控制制试样，用用于控制制分析试试样的分分析结果果 幻灯片4221.6.22 概 念分析基体：一般情情况下，火火花光谱谱中指所所分析样样品的材材质 分析程序：由于火火花直读读光谱采采用持久久曲线法法进行分分析，因因此分析析不同的的样品必必须要选选择与样样品材质质相对应应的程序序 校准曲线：用若干干个标准准样品系系列标绘绘出来的的强度（强强度比）和和含量的的曲线 幻灯片4331.6.22 概 念标准样品：为绘制制校准曲曲线用的的，其化化学性质质和物理理性质应应与分析析样品相相近似，应应包括分分析元素素含量范范围，并并保持适适当的

23、间间隔，分分析元素素的含量量系用准准确可靠靠的方法法定值 标准化样品品：为修修正由于于仪器随随时间变变化而引引起的测测量值对对校准曲曲线的偏偏离而用用的，必必须均匀匀并能得得到稳定定的谱线线强度比比。幻灯片4441.6.22 概 念控制样品：一般是是自制的的，为类类型校准准而用的的。市售售的控制制样品有有时会受受到因与与分析样样品的冶冶炼过程程和分析析方法不不同的影影响。控控制样品品有取自自熔融状状金属铸铸模成型型或金属属成品。对对自制的的控制样样品，在在决定标标准值时时，应注注意标准准定值误误差等；在冶炼炼控制样样品时，应应适当规规定各元元素含量量，使各各样品的的基体成成分大致致相等 幻灯片

24、4551.6.33 标 准 化化由于温度、湿湿度、氩氩气压力力、振动动等变化化，会使使谱线产产生位移移、透镜镜污染、电电极沾污污、电源源波动等等均会使使校准曲曲线发生生平移或或移动 。为此此在实际际分析过过程中，每每天（每每班）必必须用标标准化样样品对校校准曲线线的漂移移进行修修正，即即所谓校校准曲线线标准化化。幻灯片466（1）两点点标准化化两点标准化化是选取取两个含含量分别别在校准准曲线上上限和下下限附近近的标准准样品，分分别激发发求出其其光强RRu、RRl，则则有：两式相减 式中Ru00、Rll0分别别为原持持久曲线线上限和和下限附附近含量量所对应应的光强强值，、为曲线线的飘移移系数，表

25、示曲线斜率的变化，表示曲线的平移量。幻灯片477漂移校正幻灯片488（2）单点点标准化化单点标准化化仅选取取一个含含量在上上限附近近的标准准样品，在在激发时时所测得得的光强强R,其其在原校校准曲线线上所对对应的原原始基准准为R00则校正因子子为：这种标准化化方法仅仅能校正正原校准准曲线的的平移。幻灯片4991.6.55 标 准 样样 品（1）有证证参考物物质（CCRM）：有准确确的化学学含量，均均匀度好好。主要要用于制制作工作作曲线。（2）标准准物质（RRM） ：有准准确的化化学含量量，均匀匀度好。主主要用做做客户控控制样品品，做类类型标准准化。（3）设定定样品（SSUS）：可以没没有准确确的

26、化学学含量，均均匀度好好。主要要用于做做标准化化。幻灯片500二 光谱仪仪的基本本结构幻灯片511火花光谱仪仪通用结结构幻灯片522第二部分 仪器器与操作作技术一 仪器器设计与与结构特特点二 仪器器操作技技术幻灯片533一 仪器器设计与与结构特特点 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 仪器的基本结构2.1仪器的基本结构2.1 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片542.1 仪器的基本结构SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMA

27、T SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片552.1.1 光源系统光源对试样具有两个作用过程。首先，把试样中的组分蒸发离解为气态原子，然后使这些气态原子激发，使之产生特征光谱。因此光源的主要作用是对试样的蒸发和激发提供所需的能量。最常用的光源有直流电弧、交流电弧、电火花、激光光源、电感耦合等离子体（ICP）焰炬等等。幻灯片56SHAPE * MERGEFORMAT 氩气的功能2.1.5数据处理系统2.1.4检测系统2.1.3色散系统2.1.2光源系统2.1.1仪器操作技术2.5仪器维护2.4仪器校准与检定2

28、.3仪器辅助设备2.2氩气的功能2.1.5数据处理系统2.1.4检测系统2.1.3色散系统2.1.2光源系统2.1.1仪器操作技术2.5仪器维护2.4仪器校准与检定2.3仪器辅助设备2.2幻灯片577火花光源 即电容放电 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片58高压火花光源电源电压E经变压器B，产生1025kV的高压，然后通过扼流圈D向电容器C充电，达到G的击穿电压时，通过电感L向G放电，产生振荡性的火花放电SHAPE * MERGEFORMAT 高压火花采用120

29、00伏的高压和较小电容量的高压火花光源，这类光源由于贮存电容器内的电压很高，足以击穿分析间隙，可以自行放电。低压火花采用较低的电压（几百伏）及较大电容量，这类光源由于贮存电容器内的电压较低，不足以击穿分析间隙，因此它除了充放电线路以外还有一个引火装置 高压火花采用12000伏的高压和较小电容量的高压火花光源，这类光源由于贮存电容器内的电压很高，足以击穿分析间隙，可以自行放电。低压火花采用较低的电压（几百伏）及较大电容量，这类光源由于贮存电容器内的电压较低，不足以击穿分析间隙，因此它除了充放电线路以外还有一个引火装置 幻灯片599低压火花光光源直流电压对对电容进进行充电电脉冲电压经经变压器器升压

30、至至10kkv后，瞬瞬间击穿穿辅助间间隙，同同时击穿穿分析间间隙击穿后分析析间隙连连续放电电，由振振荡器控控制放电电频率，22004000Hz幻灯片600激发光源性性能评价价 幻灯片612.1.2 色散系统SHAPE * MERGEFORMAT 稳定性 分析结果的精密度结构合理 安全，易操作光源性能稳定性 分析结果的精密度结构合理 安全，易操作光源性能评价检出限 痕量元素的分析分析速度 分析时序时间短按原理可分分为两类类：棱镜镜光谱仪仪和光栅栅光谱仪仪。光栅栅光谱仪仪利用光光的衍射射现象进进行分光光，光栅栅可以用用于由几几十埃到到几百微微米的整整个光学学谱域。幻灯片622光栅与复制制光栅光栅是

31、由许许多平行行，且是是等距离离分开的的槽沟刻刻画在玻玻璃表面面，或者者是一层层金属涂涂镀在玻玻璃表面面，通常常都使用用铝金属属。一般般光栅的的刻线数数为900045000条/毫米，由由激光制制造的光光栅可达达到60000条条/毫米米复制光栅是是在原刻刻光栅上上涂一薄薄层硅油油，利用用真空镀镀膜法镀镀一层厚厚1.55m的铝铝膜，由由特种技技术将铝铝膜揭下下，用胶胶黏剂将将它牢固固地黏结结在复制制光栅的的基板玻玻璃上，它它的性能能不如原原刻光栅栅，但已已有足够够的分辨辨率。幻灯片633光 栅光栅是利用用光的衍衍射和干干涉现象象进行色色散的一一种光学学元件光栅的衍射射方程式式 m =dd ( sin

32、n sinn )是光线在在光栅上上的入射射角；是衍射角角；m是光谱级级次；mm=0、1、2、3、；是波长；d是光光栅常数数（两刻刻线间的的距离） 幻灯片644幻灯片655特征谱线 由于各种元元素原子子结构的的不同，在在光源的的激发作作用下，可可以产生生许多按按一定波波长次序序排列的的谱线组组，称为为特征谱谱线 一级谱线和和二级谱谱线 根据光栅衍衍射公式式，当mm=1时衍衍射出的的谱线为为一级谱谱线，当当m=2时衍衍射出的的谱线为为二级谱谱线 ；火花光光谱中多多用一级级和二级级谱线幻灯片666凹面光栅分分光系统统罗兰圆：RRowllandd(罗兰兰)发现现在曲率率半径为为R 的的凹面反反射光栅栅

33、上存在在着一个个直径为为R的圆圆，不同同波长的的光都成成像在圆圆上，即即在圆上上形成一一个光谱谱带焦距：凹面面光栅的的半径作作为罗兰兰圆的直直径 幻灯片677线色散率把不同波长长的光分分散开的的能力式中，d指两条条波长之之差，ddl为屏屏幕上分分开的距距离，mm为衍射射光谱级级次，dd为光栅栅常数，为衍射角，f为平面光栅的物距，R为罗兰圆的直径 幻灯片688分 辨 率率指摄谱仪的的光学系系统能够够正确分分辨出紧紧邻两条条谱线的的能力。一一般常用用两条可可以分辨辨开的光光谱线波波长的平平均值与其波波长差dd之比值值来表示示N光栅栅总刻线线数 m光谱谱级数幻灯片699入射狭缝随着入射狭狭缝的增增宽

34、照度度增加，而而分辨率率下降；当增宽宽到一定定程度时时，照度度不再增增加，但但谱线变变宽且背背景增强强一般20m左右右幻灯片700出射狭缝出射狭缝分分单体式式和整体体式两种种类型谱线的峰值值应与出出射狭缝缝的中心心相重合合，其受受温度影影响，常常将光学学系统置置于恒温温控制30700m幻灯片711光路校准（描描迹） 由于温度变变化及其其他因素素的影响响，可能能引起谱谱线飘移移，为保保证谱线线和出射射狭缝稳稳定重合合，应定定期用描描迹的方方法进行行调整，使使所有出出射狭缝缝调整到到较理想想的位置置上 幻灯片722真空要求200nmm以下波波段中，由由于空气气中的氧氧对辐射射有强烈烈的吸收收，因此

35、此必须将将将光学学系统置置于真空空之中幻灯片7332.1.33 检测测系统 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片742.1.3.1 光电倍增管PMT一种真空管SHAPE * MERGEFORMAT PMT检测系统光电倍增管电感耦合检测器CCD 光电转换作用 PMT检测系统光电倍增管电感耦合检测器CCD 光电转换作用幻灯片7552.1.33.2 PMTT工作原原理 KK光阴阴极，KK1KK5倍增极极，A阳极极幻灯片7662.1.33.3 光电倍倍增管检检测器优点： 灵敏敏度高；响应时时间快；一个通通道对应应一个光光电倍增增管，易易于更换换，维护护

36、费用也也较低；缺点 ：通通道数的的设置有有一定局局限性，仪仪器的体体积较大大。 幻灯片7772.1.33.4 电荷耦耦合检测测器CCCD一种半导体体成像器器件以电荷为信信号，不不同于其其它大多多数器件件是以电电流或者者电压为为信号基本阵元是是金属- 氧化化物- 半导体体(Meetall-Oxxidee-Seemiccondducttor)电容,或称为为MOSS结构幻灯片7882.1.33.5 CCDD种类 SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片792.1.3.6 CCD特点优点：量子效率高；暗电流小；全谱扫描，仪器体积小。缺点：200纳米以下光的吸收效率迅速降低，导致某些短波元素（C、

37、P、S等）测量精度和稳定性下降幻灯片802.1.3.7 CCD工作原理密排的MOS电容器,能够存储信息电荷,并能在适当相序的时钟脉冲驱动下,把存储的电荷以电荷包的形式定向传输转移,并将电荷包转换为电压信号输出幻灯片812.1.4 数据处理系统采用计算机将信号换算成为元素百分含量幻灯片822.1.5 氩气的功能使用惰性气体控制气氛会取得更好的效果氖和氪也是一种理想的气体，但价格太昂贵氩气增强了中性原子的光谱线，背景也减少，可提供较高的信-背比，且价格较便宜幻灯片832.1.5.1 氩气的作用防止样品在激发过程中的选择氧化，使放电状态稳定，有利于提高分析的精密度减小了CN、CO、NO等分子的带状光

38、谱，降低了背景，增加了谱线强度排除了氧对140195nm波长的光谱的吸收，可利用C、P、S、B、As、Se、Sn、N等灵敏线幻灯片842.1.5.2 在氩气放电中氧的影响氩气中火花放电的两种极端状态浓缩放电（Concentrated Discharges）： 放电在金属相上进行扩散放电（Diffuse Discharges）： 放电是在非金属相上进行幻灯片852.1.5.3 扩散放电和浓缩放电扩散放电的产生偏重于表面氧化层的形成浓缩放电仅能在有限的程度上实现由于放电间隙中不能绝对没有氧存在，因而在实际分析过程中所产生的放电是一种混合放电，其混合程度取决于放电时被侵蚀的金属和金属氧化物的量幻灯片

39、862.1.5.4 扩散放电和浓缩放电SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT 混合放电面阵线阵混合放电面阵线阵 SHAPE * MERGEFORMAT 浓缩放电浓缩放电 幻灯片872.1.5.5 氩气的压力的影响一般随着氩气压力升高，各元素的谱线强度也相应提高在工作时必须保持氩气压力的稳定幻灯片882.1.5.6 氩气流量的影响当流量太小时，不易排除火花室内的空气及放电时试样释放的氧当流量太大时，由于是侧吹的气路装置，容易使放电时光点晃动，使结果不稳实验时应保持氩气流量的稳定幻灯片892.1.5.7 氩气的冲洗时间的影响冲洗时间过短，驱不净火花室内的空气

40、冲洗时间过长，虽对结果无害，却无疑是一种浪费幻灯片902.2 仪器辅助设备稳压电源制样设备氩气净化机液氩罐SHAPE * MERGEFORMAT 扩散放电幻灯片911扩散放电稳压电源工工作原理理使输出电压压稳定的的设备电压通过连连接到误误差放大大器反相相输入端端的分压压电阻采采样，误误差放大大器的同同相输入入端连接接到一个个参考电电压。 参考电电压由IIC内部部的参考考源产生生。 误误差放大大器总是是试图迫迫使其两两端输入入相等。幻灯片922稳压电源防止设备的的加速老老化延长使用寿寿命防止烧毁配配件幻灯片933制样设备用途：除去去表面的的氧化层层和样品品表面的的夹杂物物，使样样品的分分析结果果

41、能够代代表冶炼炼的真实实水平要求：根据据不同的的样品使使用不同同的加工工设备进进行加工工种类：磨样样机、车车床、铣铣床、磨磨床幻灯片944No.1 磨样机机适合分析范范围较窄窄，对精精度要求求相对较较高的样样品砂纸磨样机机砂轮磨样机机 幻灯片955No.2 车床 适用于有色色金属行行业，如如铝合金金、镁合合金、纯纯铜、纯纯镍等样样品 SHAPE * MERGEFORMAT 幻灯片96No.3 铣床适用于各种黑色和有色规则金属样品的加工，尤其适合残量元素分析样品的加工样品表面不产生二次污染SHAPE * MERGEFORMAT 数控车床普通车床数控车床普通车床幻灯片977No.4 磨床适合于大多

42、多是黑色色金属加加工加工后样品品温度比比较高，需需要冷却却，采用用砂纸磨磨样机进进行二次次加工主要针对硬硬度较大大的钢、铸铸铁、镍镍合金和和钴合金金试样幻灯片988氩气净化机机工作原理：气体通通过加热热到7000度的的装有钛钛颗粒的的容器，通通过化学学反应除除去氧和和氮，再再通过装装有氧化化铜的管管道除去去氢、碳碳氢化合合物、二二氧化碳碳和水，剩剩余的二二氧化碳碳和水在在通过分分子筛时时被除去去幻灯片999液氩罐液氩是一种种超低温温液体(-1996)当“液位计计”显示罐罐内剩余余1/44或1/3液体体时，需需灌充液液氩幻灯片10002.3 仪仪器校准准与检定定2.3.11 发射射光谱仪仪检定规

43、规程JJJG7668-2200552.3.22 主要要检定项项目2.3.33 计量量性能要要求幻灯片10012.3.11发射光光谱仪检检定规程程JJGG7688-20005经国家质量量监督检检验检疫疫总局于于20005年99月5日日批准，并并自20006年年3月55日起施施行归口单位：全国物物理化学学计量技技术委员员会起草单位：国家标标准物质质研究中中心幻灯片10022.3.22 主要要检定项项目（1）外观观检查 （2）安全全性能的的检定 （3）波长长示值误误差的检检定 （4）检出出限的检检定 （5）重复复性的检检定 （6）稳定定性的检检定 幻灯片10032.3.33 计量量性能要要求级别A级

44、B级波长示值误误差及重重复性 各元素谱线线出射狭狭缝的不不一致性性不大于于10m示值误差0.005m重复性00.022nm检出限/%C0.0005, Sii0.0005Mn0.0033, Crr0.0003Ni0.0055, VV0.0001C0.002, Si0.002Mn0.02, Cr0.001Ni0.02, V0.001重复性/%C, Sii, MMn, Cr, Nii, MMo（含量为：0.11% 2.0%）2.0C, Sii, MMn, Cr, Nii, MMo（含量为：0.11% 2.0%）5.0稳定性/%C, Sii, MMn, Cr, Nii, MMo（含量为：0.11% 2

45、.0%）2.0C, Sii, MMn, Cr, Nii, MMo（含量为：0.11% 2.0%）5.0幻灯片10042.4 仪仪器维护护2.4.11清理火火花台2.4.22电极的的维护2.4.33清洗聚聚光镜2.4.44校正入入射狭缝缝位置-光路校校正（描描迹）2.4.55清理尾尾气过滤滤系统2.4.66真空系系统或充充气系统统的维护护2.4.77氩气净净化系统统的维护护幻灯片10052.4.11 清理理火花台台说明：将放放置样品品的火花花台，用用专业的的工具清清理干净净。适用：每次次换班前前清理火火花台。目的：保持持火花台台的清洁洁，避免免残留物物（沉积积物）干干扰。方法：打开开火花台台盖板

46、，用用随机带带的软毛毛刷，将将火花台台里的残残留物（沉沉积物）清清理，之之后盖上上火花台台盖板，并并且用大大流量氩氩气吹扫扫2分钟钟以上。幻灯片10062.4.22 电极极的维护护说明：维护护电极，保保证电源源从电极极放电的的时候没没有异常常。适用：每次次激发后后要刷电电极目的：保证证电极的的90度度锥角方法：用电电极刷对对电极旋旋转清理理。当使使用频繁繁导致电电极尖变变钝时，需需要更换换电极头头。注意意用极具具规调整整好电极极的位置置和高度度。幻灯片10072.4.33 清洗洗聚光镜镜说明：由于于激发样样品时会会产生电电离态的的尘，附附着在聚聚光镜上上会降低低透光率率。所以以要清洗洗。适用：

47、光强强降低时时，最好好每周一一次。目的：保证证通光率率。方法：用脱脱脂棉沾沾上无水水乙醇轻轻轻擦拭拭透镜。如如果透镜镜有付着着物，用用丙酮或或无水乙乙醇浸泡泡15分分钟，而而后在擦擦拭。最最后用洗洗耳球吹吹干。注注意不要要划伤。幻灯片10082.4.44 校正正入射狭狭缝位置置-光路路校正（描描迹）说明：光室室中的光光学器件件安装在在金属底底座上，而而环境因因素会使使光室中中的金属属发生位位移，所所以需要要不定期期的进行行描迹，从从而保证证各个光光学器件件在最佳佳位置工工作。适用：通道道型光谱谱仪的光光路校正正，最好好每月描描迹一次次。目的：消除除环境因因素对光光路的影影响。方法：从原原始位置

48、置旋转毂毂轮，左左转2000格，右右转2000格，每每3050格格激发测测定光强强值。要要求激发发的样品品为基体体的高含含量。如如铁基，就就用纯铜铜铁作激激发样品品，进行行描迹。在全谱型光光谱仪中中是不需需要描迹迹的。因因为全谱谱型光谱谱仪能够够接受全全谱的谱谱图，那那么就可可以从软软件上来来校正环环境因素素对光路路的影响响，保证证了光路路的完全全固定。幻灯片1009光路校正（描描迹）幻灯片11102.4.55 清理理尾气过过滤系统统 说明：火花花台在激激发样品品后产生生的部分分尘会由由氩气吹吹走。时时间长了了需要清清理。适用：尾气气管变黑黑。目的：保证证气路的的畅通与与清洁。方法：更换换尾气

49、管管和尾气气过滤器器。幻灯片11112.4.66 真空空系统或或充气系系统的维维护 说明：在测测量紫外外元素的的时候需需要光室室中没有有氧分子子，因为为空气中中的氧分分子会对对紫外光光线产生生自吸，使使得无法法测量。所所以光室室要在真真空状态态工作，或或者在充充氩气（氮氮气）状状态下工工作。适用：紫外外元素如如C PP S 等的光光强值减减低很多多，最好好每月抽抽一次真真空。现现在有的的厂家是是实时抽抽真空的的，那么么真空系系统是不不需要维维护的。目的：恢复复紫外元元素的正正常光强强值。方法：打开开分光室室和真空空泵的连连接阀门门，打开开真空泵泵，开始始抽真空空，1小小时候，真真空度达达到仪器

50、器要求，关关闭阀门门，关闭闭真空泵泵。幻灯片11122.4.77 氩气气净化系系统的维维护说明：氩气气纯度决决定测量量结果的的准确度度，氩气气净化系系统是在在氩气纯纯度达不不到仪器器要求时时使用，用用于排除除氩气中中的水分分子和氧氧分子，使使得氩气气纯度更更高。尤尤其是在在分析铸铸铁的时时候必须须用氩气气净化系系统。适用：样品品激发点点不正常常，紫外外元素分分析不准准确。最最好每年年维护一一次氩气气净化系系统。目的：使得得净化功功能正常常工作。方法：更换换交换柱柱或者用用自净化化功能。幻灯片11132.5 仪仪器操作作技术样品的制备备仪器各个工工作参数数的设定定及检查查掌握所用仪仪器操作作步骤

51、分析程序的的选择校准曲线的的标准化化控制样品的的选择分析过程控控制、数数据处理理及结果果输出操作安全规规范及注注意事项项等幻灯片1114样品的制备备钢样：在砂砂轮或磨磨盘上制制备。通通常粒度度为4001000目，磨磨料为 All2O33 、SSiO22、ZrrO2 。磨料料及粘结结剂可能能影响分分析结果果。进行行酸溶铝铝分析时时不要用用Al22O3砂砂纸。铸铁样：可可以在砂砂纸或磨磨盘上制制备，但但通常“白口化化”（阻止止C的石石墨化）以以后样品品非常硬硬，多用用砂轮制制备。有色金属样样：All、Cuu、Pbb、Znn、Mgg等使用用高速车车床制备备。幻灯片1115分析样品要要求分析样品要要求

52、是块块状或较较厚片状状固体 表面加工制制备后其其表面积积能盖住住火花台台的激发发孔 样品相对均均匀，无无物理缺缺陷，有有代表性性 表面新鲜，纹纹理清晰晰，不能能过热，不不能沾污污 幻灯片1116铸铁样品要要求幻灯片1117第三部分 标准准方法与与应用3.1 黑黑色金属属领域相相应标准准3.2 标标准中相相关术语语3.3 国国家标准准测定范范围3.4 仪仪器的准准备3.5 金金属样品品的处理理3.6 分分析条件件3.7 推推荐的内内标线和和分析线线3.8 分分析方法法3.9 火火花光谱谱分析技技术的进进展幻灯片11183.1 黑黑色金属属领域相相应标准准GB/T 43336-119844 碳碳素

53、钢和和中低合合金钢的的光电发发射光谱谱分析方方法（首首次发布布） GB/T 43336-220022 碳碳素钢和和中低合合金钢 火花源源原子发发射光谱谱分析方方法(常常规法)GB/T 111170-19889 不锈钢钢的光电电发射光光谱分析析方法 （首次次发布） GB/T 111170-20008 不锈钢钢 多元元素含量量的测定定 火花花放电原原子发射射光谱法法(常规规法)GB/T 242234-20009 铸铁 多元素素含量的的测定 火花放放电原子子发射光光谱法(常规法法)幻灯片1119GB/T 43336-119844 碳碳素钢和和中低合合金钢的的光电发发射光谱谱分析方方法（首首次发布布）

54、发布 119844年4月月9日实施 119855年3月月1日起草单位 钢铁铁研究总总院国家标准局局 发布布幻灯片1220GB/T 43336-220022 碳碳素钢和和中低合合金钢火火花源原原子发射射光谱分分析方法法（常规规法）（修修订后）发布 20002年99月111日实施 20003年22月1日日起草单位 钢铁铁研究总总院国家质量监监督检验验检疫总总局 发发布幻灯片1221GB/T 111170-19889 不锈钢钢的光电电发射光光谱分析析方法（首首次发布布）发布 19889年33月311日实施 19990年77月1日日起草单位 钢铁铁研究总总院、抚抚顺钢厂厂、 上海海第五钢钢铁厂国家技术

55、监监督局 发布幻灯片1222GB/T 111170-20008 不锈钢钢 多多元素含含量的测测定火花花放电原原子发射射光谱法法（常规规法)（修修订后）发布 20008年99月111日实施 20009年55月1日日起草单位 钢铁铁研究总总院、宝宝山钢铁铁股份有有限公司司研究院院、宝山山钢铁股股份有限限公司特特种钢分分公司、太太原钢铁铁公司技技术中心心、首钢钢总公司司技术研研究院、岛岛津国际际贸易（上上海）有有限公司司、北京京纳克分分析仪器器有限公公司国家质量监监督检验验检疫总总局中国国家标标准化管管理委员员会发 布幻灯片1223GB/T 242234-20009 铸铁 多元元素含量量的测定定 火

56、花放电原原子发射射光谱法法(常规规法)发布 20009年77月155日实施 20110年44月1日日起草单位 钢铁铁研究总总院、宝宝钢集团团有限公公司、 首首钢技术术中心、太太钢技术术中心国家质量监监督检验验检疫总总局中国国家标标准化管管理委员员会发 布幻灯片12243.2 标标准中相相关术语语 （1）激激发光源源是一一个电容容放电稳稳定的光光源 （2）火花花室火火花室应应使用氩氩气保护护，火花花室直接接装在分分光计上上，有一一个氩气气冲洗火火花架。火火花室的的氩气路路应能置置换分析析间隙和和聚光镜镜之间光光路中的的空气，并并为分析析间隙提提供氩气气气氛。幻灯片1225（3）氩气气系统氩气系统

57、主主要包括括氩气容容器、两两级压力力调节器器、气体体流量计计和能够够按照分分析条件件自动改改变氩气气流量的的时序控控制部分分。氩气气的纯度度及流量量对分析析测量值值有很大大的影响响，必须须保证氩氩气的纯纯度不小小于999.9999，否否则必须须使用氩氩气净化化装置，并并且氩气气的压力力和流量量必须保保待恒定定。幻灯片1226（4）分光光计 一般分光计计的一级级光谱线线色散的的倒数应应小于00.6nnm/mmm，焦焦距为00.5mm-1.0m，波波长范围围为：1165.0nmm-5111.00nm，分分光计的的真空度度应在33Pa以以下工作作，或充充高纯氮氮气，惰惰性气体体保护(纯度不不低于99

58、9.9999)。 幻灯片1227（5）测光光系统 测光系统应应包括接接收信号号的光电电转换检检测器、积积分器、直直接或间间接记录录积分器器上电压压的测量量单元和和为所需需要的时时序而提提供的必必要的开开关电路路装置。 幻灯片1228（6）标准准样品 标准样品是是为日常常分析绘绘制校准准曲线所所需的有有证参比比物质。所所选用标标准样品品中各分分析元素素含量须须有适当当的梯度度。 幻灯片1229（7）再校校准样品品 由于仪器状状态的变变化，导导致测定定结果的的偏离，为为直接利利用原始始校准曲曲线，求求出准确确结果，用用两个样样品对仪仪器进行行标准化化，这种种样品称称为再校校准样品品。该样样品必须须

59、是非常常均匀的的，且被被校准元元素含量量分别取取 每个个元素校校准曲线线上限和和下限附附近的含含量。它它可以从从标准样样品中选选出，也也可以专专门冶炼炼。 幻灯片13303.3 国国家标准准测定范范围 元 素中低碳钢(%)不锈钢(%)铸铁(%)C0.00551.200.010.3302.004.550 Si0.00553.500.102.0000.454.000 Mn0.00332.000.1011.000.062.000 P0.00330.150.00440.05000.030.880 S0.00220.07000.00550.05000.00550.20 Cr0.00112.507.002

60、8.000.032.990 Ni0.00115.000.1024.000.051.550 Mo0.00551.200.063.5500.011.550 幻灯片13313.3 国国家标准准测定范范围 元 素中低碳钢(%)不锈钢(%)铸铁(%)Al0.00111.500.022.0000.010.440 Cu0.00551.00.046.0000.032.000 W0.00552.000.050.8800.010.770 Ti0.00110.900.031.1100.011.000 Nb0.00550.500.032.5500.020.770 V0.00550.700.040.5500.010.6