关键词：
等离子光谱仪（精选十篇）
等离子光谱仪 篇1
1 故障现象
仪器通电正常,打开ICP光谱仪应用程序TEVA,版本1.6.5。通过自检确定仪器与PC之间通讯正常。软件显示仪器联保互锁开关均为正常状态绿灯,按下点火按钮,可听到明显的啪啪点火声,但是没有火焰。观察仪器右下侧显示面板,功率管阳极电流(简称IP电流)只能达到30mA左右,TEVA程序中的射频发生器系统(简称RF系统)点火功率不能正常升至1150W,随即软件发出报警,提示点火失败。
2 故障修复
2.1 故障分析
首先了解Thermo Elemental的ICP光谱仪器工作原理。产生等离子体必需具备4个条件:高频、高压、氩气、离子源。当外面的试样溶液通过进样毛细管经蠕动泵作用进入雾化器雾化作用,形成气溶胶和载气进入石英炬管内层的中心管中。RF系统所产生的高频、高压电流通过工作线圈将能量耦合到炬管内层电离的氩气中。气体在极短时间内在石英的炬管内形成稳定的“电火焰”光源。光源经过采光管进入狭缝、反光镜、棱镜、中阶梯光栅、准直镜形成二维光谱,谱线以光斑形式落在CID检测器上,光谱仪通过测量落在CID上的光量子数来测量元素浓度。光量子数信号通过电路转换为数字信号通过电脑显示和打印机打印出结果(见图1)[1]。
以维修经验来看,IRIS IntrepidⅡ等离子发射光谱仪的大多数故障发生在不能正常点火。从上面观察到的故障现象进行初步判断,应属于点火故障。下面对点火过程的重要部分RF系统进行分析(见图2)。IRIS型的RF系统采用晶体谐振他激式振荡源、两级功率放大系统,双闭环的功率反馈控制。由晶体产生的高频振荡信号被RF Source(RF源,工作电压+12V)进行四倍频放大输出一个0～3W的27.12MHz信号,经过RF Driver(RF驱动,工作电压+48V)被放大到0～68W,再被功率放大单元(工作电压+4000V)放大到0～1500W,最后输出到工作线圈。IR1S型功率放大单元的核心部件为功率管,它是一个大功率真空电子管,内部有一个细长的灯丝。当灯丝通电时,很大的灯丝电流(10A左右)使灯丝发热并发射热电子,这些电子受到阳极电压(+4000V左右)吸引而向阳极运动,到达后形成功率管阳极电流(IP电流),由于阳极与灯丝距离较远,只有少数速度快能量高的电子才能到达阳极,大多数电子都损失了,这时的IP电流很小是漏电流。当RF系统工作时,有RF Driver输出的高频信号加到功率管灯丝与阳极之间的栅极上,对灯丝发射电子进行加速,这样一来就有大量电子到达阳极,形成很大的IP电流,实现对高频信号的放大,功率管的漏电流(大约30mA)在阴极经电阻产生偏压(经过稳压),驱动管子工作,确保高频信号顺利通过。
仪器在正常情况下的点火过程:当通过软件发出点火指令后,仪器首先开启各个辅助设备,包括循环水、RF驱动冷却风扇和工作电源+48V,功率放大的冷却风机、等离子气(冷却、辅助、雾化)和吹扫气(Nozzle),对炬管进行净化,完成后关闭雾化气,再等待10s后加高压(+4000V),关闭吹扫气、开点火头和点火,点燃后提高RF系统功率使其保持稳定,然后返回设置状态(功率、气体流量和蠕动泵),从而完成点火。在这个过程中重要参数IP电流的变化情况:首先在吹扫净化过程中,由于功率管阳极电压没有加,IP电流应该为0,当高压启动但RF系统未工作时,IP电流应该为漏电流水平,相当30mA左右,RF系统工作后IP电流会迅速提高到几百毫安,由于气体电离前后导电能力的不同,气体未电离时IP电流应为200mA左右,电离后应在600mA左右。在仪器右下侧显示面板上,应该观察到IP电流一个0～30～200～600mA的变化过程,但是200～600mA的变化很快,难以观察;只有当仪器不能点燃时,可以观察到一个完整的变化过程,从而根据IP电流的变化判断RF系统的工作情况,如果阳极高压启动时,功率管的漏电流也能达到30mA,IP电流到达漏电流水平时说明高压与灯丝都已经在工作,导致无功率输出的可能有2个:无功率输入和功率管无放大能力。RF Source与RF Driver的故障都可能导致这样的结果。
2.2 故障处理
经以上分析和判断,可观察到驱动放大单元中+48 V电压可以在右侧面板档中读到,数值正常;由此,基本确认RF Source为故障点。将RF Source拆下,查看电路图(见图3),进行以下工作。
用烙铁焊下RF Source外部的7只场效应管,万用表检测场效应管完好;打开RF Source盒体,发现RF Source电路板上1支三极管已被烧黑,将该三极管焊下,将万用表调到R×1K挡,正表笔接发射极,负表笔接集电极,测出的阻值仅为几欧,正常情况下应为几千欧,可知三极管已被击穿;查电路图可得该三极管型号MRF476,为NPN型功率硅管;市场买不到该型号三极管,将参数大致相同的NTE236晶体管进行代替使用。查询热电公司提供的ICP用户使用手册,得知需对RF Source进行静态工作点调节,才能使RF Source正常工作。将万用表红黑表笔分别插在RF Source的E8脚上的红/白线上,将万用表档位调至直流电压20V档,仪器开机,监测RF Source电压12V、15V、5V电源正常,并将另一万用表档位调至直流电流档,将表笔放在RF Source的E6脚上的测量点,调节仪器后面板上Plasma Section Control Board (等离子选择电路控制板)上的RF Source Bias Pot测试点,即调节R149阻值。正常情况下对RF Source进行静态工作点调节,调节电阻R149,使RF Source静态工作电流调节到0mA附近,依次调节电阻R149,顺时针电流增大,逆时针电流减小,当RF Source静态工作电流ICQ在20mA之内,放大器达到最佳静态工作点;开机点火监测RF Source工作电流315mA稳定2h后可以确定RF Source工作正常。因为用以代替的三极管NTE236放大倍数较高,如图3所示,经过两级放大另一晶体管MRF476不能达到NTE236的放大倍数;因此当将其静态工作电流调节到20mA,仪器不能正常工作。将其偏置电流ICQ慢慢调节至2mA,开机点火监测RF Source工作电流IP可达到360mA以稳定,从而确定RF Source工作正常。
3 结论
通过对设备故障修复,提醒在平时设备日常维护中需定期检查地线,以确保对地电阻小于4Ω。定期检测零线与火线之间的电压,确保在点火状态下小于交流5V。同时ICP光谱仪对环境温度要求较高,要尽量避免潮气对仪器高频、高压系统的影响。使用国家标准样对IRIS IntrepidⅡ等离子发射光谱仪进行精度的验收均合格;现在设备已正式投入生产,目前使用状况良好。
摘要：通过对IRIS Intrepid Ⅱ等离子发射光谱仪的分析、修复,找出故障点。详细描述等离子发射光谱仪原理、点火过程、RF系统结构、RF偏置电路调节等故障处理过程,使对这类设备的原理、构造有了进一步的了解,在积累维修经验的同时增添许多维修技巧,为今后维修工作奠定坚实的基础。
关键词：等离子发射光谱仪,点火过程,RF系统
参考文献
高频感应等离子体风洞的光谱诊断 篇2
高频感应等离子体风洞的光谱诊断
建立高频感应等离子体风洞在国内是近几年的事情，因此对风洞内等离子体参数的诊断也刚刚开始。本文论述了利用氩光谱的相对强度法测量高频感应风洞的.等离子体温度及其分布的原理和装置,并给出了实验结果。
作 者：张秀杰 林烈 吴彬 作者单位：中国科学院力学研究所, 刊 名：空气动力学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：ACTA ACRODYNAMICA SINICA 年，卷(期)：2001 19(1) 分类号：V211.74+5 关键词：等离子体风洞 等离子体光谱诊断 局部热力学平衡等离子光谱仪 篇3
关键词：电感耦合等离子体发射光谱法；砷矿石；砷元素
中图分类号：P578. 14，O657. 3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0172-01
1 电感耦合
电感耦合等离子体发射光谱法适用于金属材料、非金属材料、矿石、土壤、核燃料、石油及其产品等几乎所有材料中杂质的测定，一次性将所有需要测定的元素全部测定，具有污染少、流程短、耗时少的环保性特点。
2 实验操作
2.1 实验仪器的选择
选择一台电感耦合等离子体发射光谱仪，由美国PerkinElmer公司自主研发生产，性能卓越。其主要性能参数为：
型号为Optima 7 300 DV；
高频功率为1 300 W；
冷却气流量为15 L/min；
辅助气流量为0.2 L/min；
载气流量为0.8 L/min；
积分时间为自动10～20 s；
读数延迟为30 s；
观测方式为轴向观测。
同时准备一台电子天平，型号是AL104，性能参数表现为：最大称量为110 g，分度值是010 001 g。对电子天平的性能和水平要严格把控，防止由于实验器材不准而导致实验结果出现偏差。
2.2 实验试剂和材料的准备
本次实验用水均为一级反渗透水，其他材料如盐酸、硝酸和王水等材料标准。具体需要的实验材料和标准是：优级纯的盐酸、优级纯的硝酸、3份盐酸+1份硝酸的王水、AS1000μg/mL的标准储备液、AS0.1μg/mL的混合标准液1、AS50μg/mL的混合标准液2和AS1000μg/mL的混合标准液3，以及GBW07401、GBW07402、GBW07404、GBW07311、GBW07312的标准物质。
2.3 实验样品的处理
用电子天平称取0.1000～0.5000 g样品进行实验，放于25 ML比色管中。添加少量的水对样品进行湿润，然后再添加5 mL（1+1）王水溶液，将试管摇匀之后放在热水中水浴60～70 min，这期间对试管进行2～3次的摇动。约1 h之后将试管从热水浴中取出，冷却至正常温度，用一级反渗透水进行稀释直到刻度，然后摇匀，等待澄清后观察。
3 针对实验结果进行讨论分析
3.1 样品分解方法的分析研究
在测试砷矿石中砷元素时为了提高溶样温度，选择硫酸和硫酸钾，因为溶样时间很长；本次实验选择的是1+1王水作为溶剂在热水中水浴一小时进行溶解，事实证明1+1王水作为溶剂进行溶样很安全。
3.2 分析谱线的选取和方法检出限
首先是对分析谱线的选择，对于砷元素的测定选择3条谱线进行测定，然后综合分析这3条谱线的强度、干扰情况及稳定性，最后选择一个谱线干扰少和精密度高的分析线作为最佳分析波长。其次是对砷元素检出限的选择。对空白溶液连续测定10次，并计算这10次的标准偏差，将标准偏差的三倍所对应的浓度作为砷元素的检出限，其中砷元素的波长为188.979 nm，而砷元素的检出限为0.013 μg/mL。
3.3 共存离子对砷元素的影响
首先，取5 mg砷的标准溶液，将5 mg砷标准溶液放置于100 mL容量瓶里。然后在容量瓶中分步骤加入共存离子，最后在10%的王水溶液中按之前的分析方法测定砷元素的含量，并且计算砷元素的回收率。计算结果表明，试样中含有200 mg铜，150 mg氧化钙，215 mg锰、镉、铬和钾，0.5 mg金、银，0.02 mg锡、镍。然而这些元素都没有对溶样中的砷元素产生影响，也就说明了共存离子的存在并不影响对溶样中砷元素的检测。
3.4 质量控制
本次实验采用国家标准物质GBW07401、GBW07402、GBW07404、GBW07311、GBW07312等作为质量控制样品，对砷元素进行测定，测定结果为：砷矿石标准物GBW07401、GBW07402、GBW07404、GBW07311、GBW07312的测定值分别是32.49 mg/kg、14.90 mg/kg、53.67 mg/kg、118.3 mg/kg、118.6 mg/kg；而砷矿石标准物GBW07401、GBW07402、GBW07404、GBW07311、GBW07312的标准值分别为33.5 mg/kg、13.7 mg/kg、58 mg/kg、188 mg/kg和115 mg/kg。
3.5 采用不同的测定方法对测定结果进行对比和精密度试验
首先，随机选择矿区中五个砷矿石作为试验样品，分别采取电感耦合等离子体发射光谱法和氢化物发生原子莹光光谱法对砷矿物中砷元素进行测定，测定结果，见表1。其次，在将实验条件和实验仪器选择好之后，对GBW07311标准物质连续重复测试10次来测定砷元素的含量，对这10次实验结果的数据计算取其平均值和相对标准偏差，结果是GBW07311的平均值为188.3 mg/kg、GBW07311标准值为188 mg/kg、相对标准偏差为0.60%。
4 实验得出的结论
①本次实验采用的溶样是在热水浴中添加1+1王水溶液进行溶样，采用1+1王水溶液进行溶样，不仅方便快捷，还避免了砷矿石中砷元素的发挥。
②采用电感耦合等离子体发射光谱法对砷矿石中砷元素进行测定，砷元素的检出限和精密度都很好，而且对砷矿石样品测定结果也都在实验规定允许出现的误差范围内。型号为Optima 7 300 DV的电感耦合等离子体发射光谱法在对砷矿石测定砷元素中，灵敏度极高，线性范围也很宽广，不但满足了实验中微量分析的要求，还可以避免由于样品稀释而导致的实验误差，适用于砷元素和其他矿物质中含有的微量元素的测定。
5 结 语
本文通过对电感耦合等离子体发射光谱法如何对砷矿石中的砷元素进行测定，砷元素作为一种广泛分布于自然界的非金属元素，经常与其化合物被应用到农药、除草剂和杀虫剂等方面吗，所以研究砷矿石中砷元素的测定有着非常积极的意义。
参考文献：
[1] 杨秀丽，刘磊夫，张连起.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定矿石中的砷锑铋[J].现代科学仪器，2010，（2）.
[2] 马生凤，温宏利，马新荣，等.四酸溶样-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铁、铜、锌、铅等硫化物矿石中22个元素[J].矿物岩石地球化学通报，2011，（1）.
[3] 李清彩，赵庆令，荀红梅.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定多金属矿石中砷镉铟硫锑[J].冶金分析，2015，（3）.
等离子光谱仪在理化分析中的应用 篇4
关键词：等离子光谱仪,ICP-电感耦合等离子,直读光谱仪,化学分析,理化检测
目前理化检测实验室对金属材料的检验, 一般都采用直读光谱仪对能取成型规则块样的金属材料分析各种元素的含量, 其它样品只能靠手工化学分析, 逐个元素进行测定。分析过程较为繁琐, 分析时间冗长, 再加上各种不确定的因素, 很难保证及时准确的报出检测结果, 不能满足生产和客户的需求。近年来, 由于电感耦合氩等离子体发射光谱仪的出现, 为理化分析技术提供了有力的手段。不仅能解决我们当前检测手段存在的不足, 而且为今后公司钻头产品生产和研发起到一定的推动作用。
1 开发等离子光谱仪的必要和意义
随着公司应用材料品种的日益增多以及原材料验收要求不断提高, 现有检测手段已不能满足实际需要:
1.1
一些特殊原材料如钴粉、碳化钨粉、镍粉、是用来做钻头合金齿和钻头胎体的原材料, 它们的成分含量直接影响到钻头的质量;碳化钨管状焊条、B4焊条是生产焊接用料;BC-3粘结剂是一种粘接用料;浮动套是用于钻头上的配件等等。根本无检测手段, 主要通过送出去外检来解决。送外检测周期难以控制, 有时会长达两周, 对原材料的使用进度造成影响, 不能急生产所急, 而且每年支出外检费用也很高。
1.2 原有手段 (直读光谱仪、化学分析方法) 的局限性不能满足特殊原材料的快速分析需求。
只读光谱分析虽然很快, 但对样品有尺寸上的要求, 样品直径至少在4mm以上, 有些较细较小的金属材料如滚柱和钢球就无法上机分析, 改用化学分析耗时太长, 人为因素影响较大。完全不能满足原材料验收入库的快速要求。
2 等离子光谱仪的技术原理和优势
等离子光谱仪是美国热电公司生产的电感耦合氩等离子体发射光谱仪, 型号为IRIS IntrepidⅡ。该仪器工作原理是:试样经过酸溶或其它处理后, 成液体状态, 经雾化器雾化成粒径为1-10微米的细粒, 再经雾室除去大雾滴, 以氩气为载气, 进入ICP光源, 由光源提供能量, 使试样蒸发、原子化或激发, 所产生的光谱经分光系统分光, 得到特征谱线, 由检测器接收处理, 基于原子受激后产生的特征谱线强度与原子浓度的一定关系, 进行定性和定量分析。它的优势体现在以下几个方面:
2.1 可以快速地同时进行多元素分析, 大多数金属元素、部分非金属元素如硼、硅均可测定。
代替了手工化学分析, 大大的缩短了分析时间。节省人力、物力, 提高工作效率, 加快检测进程。
2.2
解决粉末原材料的成分分析问题, 扩大实验室的检测项目, 填补了粉末检测项目的空白, 降低外检费用, 将检测周期缩短为1-3天, 为确保生产进度不受影响做出了贡献。
2.3 采用液体进样方式, 对试样形状、大小无特殊要求, 只要能钻取碎屑溶解成液体, 就能进行分析。
弥补了直读光谱仪由于对样品形状、大小的特殊要求带来的分析局限性。
2.4 基体效应小, 分析方法灵活, 不确定的因素减少。
只要仪器运转正常, 各性能指标符合标准, 分析数据一般都很稳定, 准确度高, 可以达到国标中规定的允差范围。该仪器已被广泛用于金属材料及机械制造行业。
2.5
分析标准曲线具有较宽的线性动态范围, 可根据具体需要扩宽检测范围, 适于微量 (0.01%-1%) 及常量元素 (>1%) 的检测。适用范围很广, 各实验室可根据自己的检测需要建立不同材料的分析方法。
2.6
能够对复杂样品进行定性、定量分析, 为研发部门解剖研究钻头工作提供分析依据, 为他们能顺利完成研究工作提供坚实的服务保证。并且满足整个江钻股份及各级分子公司纷繁复杂的材料成分分析需求, 使理化检测实验室又上了新台阶。
3 等离子光谱仪在理化分析中的应用
为了解决上述我们存在的问题, 我们引进美国高端先进设备等离子发射光谱仪, 经过两年的时间, 首先熟悉掌握仪器的性能和操作规程, 了解仪器的基本维护保养, 通过大量的分析试验, 建立了一套系统的等离子光谱仪成分分析方法, 此方法能对大多数金属原材料进行成分检测。
针对不同金属材料建立等离子光谱仪 (以下简称为ICP) 成分分析方法, 具体如下:
3.1
合金结构钢中Si、Mn、Cr、Mo、Ni、Cu、V元素ICP成分分析方法
3.2
不锈钢中Mn、Cr、Ni、Mo、Al元素ICP成分分析方法
3.3
工具钢中Mn、Cr、Mo、V、W元素ICP成分分析方法
3.4
工具钢、不锈钢中Si元素ICP成分分析方法
3.5
B4合金中的Cr、W、Si、Fe、Mn、Mo、Ni元素ICP成分分析方法
3.6
BC-3粘结剂中的Ni、Zn元素ICP成分分析方法
3.7
镍粉中的Co、Cu、Fe、P元素的ICP成分分析方法
3.8
钴粉中杂质元素ICP成分分析方法
3.9
碳化钨粉中杂质元素ICP成分分析方法
3.10
碳化钨管状焊条中的Fe、Ti、Ta、Nb、Mo、Co元素ICP成分分析方法
应用上述分析方法可达到以下技术目标:能够对原材料按企业标准进行成分验收;分析精度及准确度符合相关国家标准;基本满足公司材料成分分析需求。
4 等离子光谱仪在应用中产生的效果
4.1 直接经济效益:
新仪器新方法的运用, 解决了外检周期长, 检测成本高的问题。已使用ICP成分分析方法对一些金属钴粉、镍粉、BC-3粘结剂、B4合金进行了原材料成分分析, 既缩短了检测时间, 又节约了检测费用。
4.2 间接经济效益:
工作效率高, 极大地缩短了检测周期, 满足了生产急用材料的快速检测要求。运用ICP成分分析方法对大量钻头金属小零件样品 (包括滚柱、钢球、轴承保护环、挡圈等) , 进行了成分检测。该样品特点是样小, 形状不规则或是厚度太薄, 无法用直读光谱仪进行分析, 送检周期不定, 且一般为生产急件, 要求在1-2天完成。常规化学分析方法只能逐个元素进行分析, 耗时太长 (3-5天) , 不能满足快速分析要求。运用ICP成分分析方法, 在标准溶液配备齐全及仪器正常工作情况下, 只需1-2天就可完成分析任务, 及时反馈了分析结果。这对钻头的生产和交货都赢得了时间, 其中产生的经济效益也是不可小视的。
总之, 等离子光谱仪在理化分析中得到广泛应用。对不锈钢、工具钢、合金钢、B4合金ICP成分分析方法准确度高, 检测周期短, 容易掌握, 可以取代常规化学分析方法对原材料的检测工作, 并用于对直读光谱仪分析样品的可疑结果进行复检工作。运用BC-3粘结剂、镍粉、钴粉、碳化钨管状焊条ICP成分分析方法, 可以完成公司外检材料的分析任务。能够对复杂样品进行定性、定量分析, 为研发部门解剖研究钻头提供第一手资料, 为他们能顺利完成研究工作奠定了坚实的基础。等离子光谱仪成分分析方法能够对大多数金属材料进行定性和定量分析, 具有良好的精密度和重复性, 方法灵活, 为分析者提供了一个较宽的研究分析空间, 作为一项先进技术, 已被广泛运用于各大科研院所及工厂实验室, 对这一技术的掌握, 能提高我们的检测技术水平, 提升我们实验室的整体形象。
参考文献
[1]等离子体发射光谱分析[M].
[2]ICP电感耦合等离了体原子发射光谱教程[M].
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[7]GB/T6379测试方法与结果的准确度[S].
等离子光谱仪 篇5
电感耦合等离子体原子发射光谱法测定土壤中有效硫
采用电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤中有效硫,浸提剂分别为:Ca(H2PO4)2-2mol/LHAc(中酸性土壤有效硫),5mol/LNaHCO3(碱性土壤有效硫).研究了ICP-AES对有效硫测定谱线的选择以及浸提温度、静置时间等对浸提结果的.影响,酸性土壤滤液直接经ICP-AES测定,碱性土壤滤液经酸化后再测定.方法检出限分别为0.32mg/kg,通过对国家土壤有效态一级标准物质测试,测定结果基本一致;GBW07415、GBW07413标准物质11次测定的相对标准偏差(RSD)分别为3.66%、2.59%.
作 者：王萍 王雪莲 谭小宁 何冰 WANG ping WANG Xuelian TAN Xiaoning HE Bing 作者单位：成都综合岩矿测试中心,成都,610081刊 名：四川地质学报英文刊名：ACTA GEOLOGICA SICHUAN年，卷(期)：29(4)分类号：P575.4关键词：电感耦合等离子体原子发射光谱 土壤 有效硫
等离子光谱仪 篇6
关键词：电感耦合等离子体发射光谱法；测定；钨；钼；锡
中图分类号：P575 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0171-02
钨、钼、锡常以共生或伴生的状态形成金属矿床，这就需要解决多金属矿物分离的技术问题，快速、准确地测定多金属矿物中钨、钼、锡的含量对找到成矿规律意义重大，可以为地质勘查工作提供很大的帮助。传统的测定方法操作复杂，且耗时长，效率低，所用试剂对环境污染严重。经过对测定方法的改进，采用酸溶法和碱熔法结合溶样，电感耦合等离子体发射光谱法进行测定的方法，操作便捷，社会效益以及经济效益显著提高
1 实验部分
1.1 实验仪器及参数设定
全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪；配电荷注入式检测器；高盐雾化器；旋流雾室；Thermo Scientific iTEVA ICP 操作软件。
开启全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪之后，使其运转30 min，保证仪器的稳定性，设置各项参数定值：垂直观测高度为15 mm，蠕动泵的泵速为75 r/min，冷却气流量一般，辅助气流量为1 L/min，重复测量次数为3次，发射功率为1 350 W，载气压力为0.24 MPa，积分时间为7 s，冲洗时间为30 s，稳定时间为5 s。
1.2 主要试剂的标准
三氧化钨WO3储备溶液（500 mg/L）的标准：将1 g优级纯试剂三氧化钨在马福炉中灼烧1 h后，置于干燥器中使其冷却，冷却后置入烧杯中，往烧杯中加200 mLNaOH溶液（30 g/L），煮沸后搅动溶液，直至溶液变得清亮，取下烧杯冷却，冷却后倒入容量瓶中，稀释至2 000 mL，摇动容量瓶使溶液均匀，最后倒入干燥塑料瓶里。
锡储备溶液（500 mg/L）的标准：往烧杯中置入1 g优级纯试剂金属锡，再加入100 mLHCl，低温加热，直至锡金属完全溶解，冷却后倒入容量瓶中，用HCl稀释至2 000 mL，摇动容量瓶使溶液均匀。
三氧化钼储备溶液（500 mg/L）的标准：将1.5 g优级纯试剂三氧化钼在马福炉中灼烧1 h后，置于干燥器中使其冷却，冷却后置入烧杯中，往烧杯中加200 mLNaOH溶液（30 g/L）并加热，直至完全溶解，放至冷却倒入量瓶中，稀释至2 000 mL，摇动容量瓶使溶液均匀，最后倒入干燥塑料瓶里。
混合储备溶液（500 mg/L）的标准：分别取20 mL三种溶液倒入容量杯中，用HCl稀释至140 mL，再加入20 mL锡溶液，用HCl稀释至200 mL，摇动容量瓶使溶液均匀。需要注意的是混合储备溶液是使用的时候现配。
1.3 绘制标准曲线
分别取0.1 mL、5 mL、10 mL、20 mL的混合标准溶液置入5个容量瓶里，再分别用与测定试样时完全一致的条件进行测定的溶液稀释，直至50 mL，摇动容量瓶使溶液均匀。此时5瓶标准溶液的浓度分别为0.1 μg/mL、5 μg/mL、10 μg/mL、20 μg/mL。
1.4 分析样品的方法
将0.1 g矿物样品置入坩埚中，加入1 mL的HClO4和2 mL的HNO3，充分搅拌后加入10 mL的HF，将坩埚放到电热板上加热，电热板不易过热，防止样品溅出坩埚，低温加热直至坩埚内不再冒白烟了。随后加入20 mLHCl，搅动溶液，直至溶液变得澄清，取下坩埚冷却，直至室温。然后将溶液过滤，倒入容量杯。再将滤渣和过滤纸置入坩埚，将坩埚放到300 ℃的马福炉上进行灰化处理，冷却后取出，加入1 gNa2O2，温度上升到700 ℃再溶解4 min后，取出冷却，把坩埚放到烧杯中，使用15 mL的HCl浸取，洗净坩埚，最后把烧杯中浸洗过坩埚的溶液倒入放溶液的容量瓶中，溶液离100 mL刻度线还有1～2 cm的时候，用胶头滴管吸取烧杯中溶液注到容量瓶里，视线与凹液面最低处相水平，使其到达刻度线，再摇匀即可。
2 实验结果
2.1 溶样方法
溶样方法直接影响电感耦合等离子体发射光谱法测定化探样中钨、钼、锡结果的精准性，传统酸溶法不能使样品中的元素完全溶解，尤其是锡元素，只能部分溶解，所以测定结果值总是偏低的碱熔法能做到完全溶解，但溶解过程中需要加入Na等基体元素、可溶性盐，发生酸化反应后生成物易堵塞通道，最终测定结果值也偏低。
2.2 控制熔剂用量
样品酸溶后钨和钼以及简单的氧化矿物基本完全溶解，实验后期加Na2O2是为了熔剂锡的氧化和硫化矿物以及一些复杂的矿物，要求控制Na2O2熔剂的用量。一般情况下不多于0.5 g，根据具体矿物中锡含量高低的不同可以适当地进行加减，增减幅度最好在1 g以内。
2.3 选择分析线
选择电感耦合等离子体发射光谱测定仪推荐的锡、钼、钨元素的强度最大的谱线，具体为：锡188.836 nm、钼201.954 nm、钨206.986 nm，背景的校正设在谱线的两边。
2.4 提高实验的精密度
选择福建省地质勘查局有色地质研究院研究的3个样品，编号1、2、3。保证同一个实验人员在同一个实验室使用同一台设备进行实验，确保标准偏差与测量结果算术平均值的比值在2.2%～8.3%之间。实验测定3个矿物样品中钨的平均值分别为0.157 μg·g-1、0.106 μg·g-1、0.012 μg·g-1，算术平均值的比值分别为2.3%、5.7%、8.3%；钼的平均值分别为0.158 μg·g-1、0.123 μg·g-1、0.089 μg·g-1，算术平均值的比值分别为4.5%、5.2%、3.3%；锡的的平均值分别为0.017 μg·g-1、0.010 μg·g-1、0.014 μg·g-1，算术平均值的比值分别为4.7%、6.1%、4.8%。
2.5 提高实验的准确度
样品要选用国家一级标准的锡矿石、钼矿石和钨矿石，每一个重复测定三次，然后算出三次测定的平均值作为最终使用数值。矿石样品测定精准度计算的公式如下：
YB =YC =C × （14.57XO -0.1263 - 7.659）
其中，
YC指样品相对偏差范围，XO是指标准矿物的标准值，C是指样品相对偏差系数限制范围。如果标准物质分析的结果和标准值之间的相对偏差≤YB，那么测定合格；如果标准物质分析的结果和标准值之间的相对偏差>YB，那么测定为不合格。
3 结 语
电感耦合等离子体发射光谱法科学地解决了不能同时测定矿石样品中锡、钼、钨元素的问题，避免了酸溶法使矿石样品中锡溶解不完全而造成的测定结果偏低的问题和碱熔法测定过程中加入基体元素堵塞电感耦合等离子体发射光谱矩管以及雾化器的问题。
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等离子光谱仪 篇7
目前,电感耦合等离子体原子发射光谱法( ICP-AES) 应用广泛,涉及地质、冶金、环境、化工、食品、医药等多个领域［8－11］,该法因具有分析速度快,准确度高,精密度好,检出限低,基体干扰小、线性范围广等特点并具有多元素同时检测的能力而得以广泛应用［12－15］。至今,采用ICP-AES测试红丹中金属杂质仍少见报道,因此本文采用ICP-AES一次称样、溶样,同时测定红丹中铁和铜的含量。此方法溶样完全,操作简便、快速准确,为各相关行业的测试工作提供参考。
1实验部分
1. 1仪器及主要试剂
XL3100型ICP-AES,美国Perkin公司。
铁、铜、钪标准储备溶液,国家有色金属及电子材料分析测试中心( 均为1000 μg/m L) 。使用时根据需要逐级稀释成标准工作溶液。
分解液: 于1 L烧杯中加入约500 m L水,加入200 m L浓硝酸混合后,再加入30 g酒石酸,溶解后转入1 L容量瓶中, 加水定容至刻度,摇匀。
浓硝酸,30% 双氧水,酒石酸,试剂均为分析纯,水为蒸馏水。
载气: 氩气,纯度不低于99. 995% 。
1. 2仪器测量条件及分析谱线
积分时间: 短波段10 s,长波段10 s; 辅助气流量0. 5 L/min;射频功率1300 W; 冲洗泵速1. 5 m L/min; 分析泵速1. 5 m L/min; 氩气压力0. 7 MPa。
从ICP光谱仪线谱库中查看铁、铜的谱线干扰和谱线强度信息,选择强度较大的谱线进行试验,同时避开干扰谱线。因此选择Fe 238. 024 nm、Cu 324. 752 nm作为铁与铜的分析谱线。
1. 3实验方法
1. 3. 1配制混合标准溶液
分别于5个100 m L容量瓶中加入50 m L分解液和3 m L 30% 双氧水,再依次加入铁、铜标准,加入量分别为0 μg、 10 μg、20 μg、50 μg、100 μg,同时于每个容量瓶中加入0. 1 m L 1000 μg / m L Sc标准储备溶液,加水至刻度,摇匀。
将配制的混合标准溶液在ICP-AES光谱仪上做光谱测定, 仪器自动作出工作曲线并计算出相关系数,相关系数必须大于0. 999方可测试样。
1. 3. 2样品处理
称取2. 0000 g红丹试样于250 m L烧杯中,加入50 m L分解液,加入少量水冲洗杯壁。低温加热溶解,慢慢加入3 m L 30% 双氧水,待样品溶解完全后,冷却,转入100 m L容量瓶。 加入0. 1 m L 1000 μg/m L Sc标准储备溶液,用水稀释至刻度并混匀。在仪器最佳测量条件下测定3次。
2结果与讨论
2. 1选择样品的溶解酸
考虑到样品基体为铅,盐酸会与铅生产氯化铅,硫酸或磷酸因粘滞效应会影响测定灵敏度,在一般的ICP-AES分析中尽量避免采用这两种酸做溶剂,而用硝酸溶解速度快且彻底,所以溶解酸选择硝酸。
2. 2酒石酸的影响
红丹采用硝酸分解,在分解时加入酒石酸或柠檬酸防止金属元素水解,本法选用酒石酸。配制相同浓度的分析元素标准溶液,加入不同量的酒石酸,在选定条件下用ICP-AES法测量酒石酸的影响,结果见图1。
从图1可以看出,溶液中酒石酸在20 g/L以内时,对分析元素的测定影响不大,酒石酸浓度在30 g/L时对分析元素强度有抑制作用。本文选择在样品溶液中加入酒石酸质量浓度为15 g / L。
2. 3铅基体的影响
在硝酸和酒石酸存在的条件下,采用20 mg/m L的纯铅溶液,铁、铜元素含量均为10 μg/ml单标溶液及含有铅基的混合标准溶液。在分析铁、铜时发现,铅对铁、铜并无影响,分析元素间相互无干扰。
2. 4线性方程和相关系数
按仪器条件对混合标准溶液进行测定,不同浓度与其相应的发射强度呈线性关系,应用所建立的工作曲线,将空白溶液测10次,空白的标准偏差的3倍为检出限,为确保分析精度, 以检出限的10倍为该方法的测定下限,其结果见表1,铁、铜的检出限分别为0. 0001和0. 001。
2. 5精密度和回收率试验
按试样方法测定红丹样品10次,试验结果见表2。
由表2可知,红丹样品铁、铜元素的加标回收率分别为96. 4% 和98. 1% ,10次测定的相对标准偏差均在±5% 以内。
3结论
等离子光谱仪 篇8
1 试验部分
1.1 仪器与试剂
Perkin Elmer Optima 7300 DV全谱直读等离子发射光谱仪 (美国PE公司) , 具塞三角瓶50 m L, 短颈漏斗≈5 cm, 滤纸, 硫元素标准溶液100mg/L。
1.2 仪器工作条件
功率1 300 W, 雾化器工作气压180 k Pa, 载气流量0.8 L/min, 辅助气流量0.2 L/min, 进样速率1.50 m L/min, 样品冲洗时间60 s, 积分次数3次, 积分时间10 s。
1.3 试验方法
1.3.1 工作曲线绘制
准确吸取100 mg/L硫元素标准溶液5.0 m L于10 m L容量瓶中, 用去离子水稀释至刻度, 摇匀, 制成50 mg/L硫元素标准溶液。按所选仪器工作条件, 对50mg/L硫元素标准溶液和100mg/L硫元素标准溶液进行测定。以硫含量为横坐标, 相应的净强度值为纵坐标绘制标准曲线, 得到硫元素含量与净强度值关系的线性回归方程y=123.4x-456.3, 相关系数r=0.9999。
1.3.2 样品测定
将样品过滤至具塞三角瓶中, 盖上塞子备用。启动仪器应用软件, 采用自动扣除背景法进行测试。
1.3.3 回收率实验的准备
准确吸取100 mg/L硫元素标准溶液25.0 m L于50 m L容量瓶中, 用去离子水稀释至刻度, 摇匀, 制成浓度为50 mg/L的硫元素标准溶液备用。
2 结果与讨论
2.1 记忆效应的消除
样品经过毛细管、雾化室和雾化器处的死角, 残留不易被清除, 延长进样时间虽可利于样品测定的准确度和精密度, 但对于标准溶液或样品来说, 不仅造成试剂的浪费, 甚至由于消耗大量的样品造成测试量的不够。为了消除记忆效应, 用去离子水冲洗进样系统, 直至测定值达到去离子水的测定值。
2.2 分析线的选择
等离子发射光谱仪选择分析线非常灵活, 根据所测样品中元素, 可通过选择次灵敏谱线的方法避开所测元素的干扰谱线。由于污水中共存元素较多, 且试验要求测出其他元素含量, 因此除了硫元素外, 水中共存钾、钠、钙、镁、铝、铁、铜、锌, 分析谱线分别为766.490、589.592、317.933、285.213、396.153、238.204、327.393、206.200。硫元素的最灵敏谱线为181.975, 其他共存元素对硫的测定不会造成干扰, 因此选择硫的最灵敏谱线181.975为硫元素的测定谱线。
2.3 方法的准确性和精密度
为保证测定的准确性, 每个样品分析结束后, 用去离子水快速冲洗, 检测去离子水中的硫含量, 当测定值与测样前所测去离子水中硫含量相当时, 样品经过毛细管、雾化室和雾化器的残留量被清除, 保证下一次所测样品中硫含量的准确性。测定每个样品并清除样品残留后, 测定硫元素标准溶液, 平均质量浓度为49.92 mg/L, 回收率在97.96%~102.80%之间。7个样品的测定结果、相对标准偏差和回收率见表1。
3 结论
污水中的硫含量采用全谱直读等离子发射光谱法进行测定, 回收率在97.96%~102.80%之间, 该方法样品处理简便, 分析结果准确度高, 精密度好, 结果令人满意。
参考文献
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等离子光谱仪 篇9
早在1884年Hittorf就注意到, 装在该线圈所环绕的真空管中的残留气体在高频电流通过感应线圈时会发生辉光, 这是最初高频感应放电的观察。
近年来, 人们逐渐认识到, 在有ICP产生的6000~10000K的高温下, 试样中的大多数组分经原子化后又进一步发生了电离, 所以由此得到的光谱不是原先认为的原子光谱, 实际上是一种离子光谱, 称为ICP-OES。
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
麦尔斯通微波消解按实验既定系统, 实验消化功率为1200w, 按电感耦合等离子体光质谱仪法加HCL, HF, HNO3, EDTA为高纯度加热试剂, 其余试剂采用分析纯度低, 二次石英亚沸蒸馏水为实验用水, 混合稀土标准溶液:用1g/L各单一稀土储备液混合配制100ug/L, 测定时间再用2%HNO3稀释至20ug/L, 0.165%ED-TA溶液, GSS-2, GSS-4土壤标准参考物质。
2.2 样品处理
按实验需要取0.1g土壤样品 (粒径0.08mm) 于80ml Teflon容器中, 加0.6ml HF+0.6ml HNO3+0.6ml HCL先对试验品进行均匀搅拌后, 再放入微波加热, 然后按既定的方法 (21%功率下2min→75%功率下2min→51%功率下2min→21%功率下5min) 消解, 待冷水欲迅速变温后, 接着加6ml EDTA溶液, 按上述程序再消解一次, 直至室温后倒入至50ml聚四氟乙烯烧杯中, 加两滴HCLO4, 在电热板上赶酸、蒸干, 用2%HNO3浸入加热至取, 容量定至50ml (含20ug/LRE内标) , 待测REE。
3 结果与讨论
3.1 土壤样品的处理
J.G.Sen Gupta常用王水和hf混合介质放入微波加热分解一些有氧地质样品, 在土壤含氧成分分解较多情况下, 按实验既定程序适当加入氧化剂HNO3的量来定置分解有机物, 以1:1的比例加HCL和HNO3。
3.2 干扰及消除
质谱干扰ICP-MS测定稀土元素的质谱干扰主要是轻稀土与O和H所形成的多原子离子或IREEOH对相应质量数中、重稀土元素的质量重叠及非稀土元素Ba所形成的多原子离子Ba O与Ba OH对质量数在146m/z~155m/z之间的稀土元素特别是Eu元素的质谱重叠。为了减少实验有氧分解物的干扰程度, 我们以GSS-2为例进行了具体的研究。详见下表1。
Gd、Eu等的干扰较大, 特别是Gd, 干扰误差已达14%, 因此, 必须加以校正。基体抑制效应ICP-MS分析时, 试验了4种稀释倍数分别为250倍、500倍、750倍、1000倍, 尽管都采用Re内标补偿, 但结果表明:稀释因子为250倍时, 基体效应还是很大, 所有元素的信号大面积受到干扰, 当稀释因子为1000时, 由于实验规定量范围广, 测定误差相对来说也会较大, 稀释分解倍数为500的分析结果的精准度和密闭度均较好。
3.3 方法的准确度
下表给出了土壤标样 (GSS-2, GSS-4) 的分析结果, 由表可以看出, 测定值与标准比较一致, 表明此方法准确度较高, 可以使用。
3.4 样品分析
准确称取各0.1g的黄棕壤、黄红壤, 沙浆等黑土样品, 按第2步骤微波消解方法, 溶解土壤样品, 稀释五百倍, 用ICP-MS分析。
4 ICP-AES方法的优缺点
4.1 分析准确度和精密度较高。
电感耦合等离子体发射光谱仪法是各种分析方法中干扰比较小的一种, 当分析物浓度超过100倍检出限时, 相对标准偏差为1%。
4.2 测定范围广。
可以测定几乎所有可见光区和紫外线的谱线, 一次可以测定几十个元素, 被测元素的范围大。
ICP-AES法的不足之处在于设备和操作费用较高, 样品一般需预先转化为溶液, 这样一来, 对有些元素优势就并不明显了。
参考文献
[1]陈杭婷, 曹淑琴, 曾宪津.电感耦合等离子体质质谱法在生物样品分析中的应用[J].分析化学, 2001, 29 (5) :592-600.
熔体的等离子体光谱分析 篇10
炼钢过程是复杂的高温物理化学反应过程, 目的就是将含有较多杂质的铁水与吹入的氧气发生反应, 去除杂质, 从而获得要求的钢水成分和温度。随着炼钢技术的发展与冶炼工艺的改进, 加快了冶炼速度, 冶炼现场也迫切希望检验周期尽量缩短, 同时还要满足冶炼产品质量要求, 对钢水成分的控制要求也不断提高[1]。
炼钢控制的关键是准确预报温度和元素含量。现代化的冶炼过程要求能够及时进行成分分析, 快速地反映出冶炼过程的变化, 以便能更准确地判断冶炼的终点, 以提高所冶炼钢种的命中率。
随着冶金工艺的不断更新, 冶金生产过程在线分析已经成为冶金分析研究的重点, 而全流程控制、实时性是未来冶金在线分析的主要特点。利用光谱分析技术, 能够适应恶劣环境, 可以直接对成分进行分析, 分析的结果更可靠;而且可以实现对整个吹炼过程中各元素及温度的实时定量分析, 提供吹炼过程中的全部信息。
1 工艺流程
炼钢是一种不需外加热源, 主要以液态生铁为原料的炼钢方法。炼钢的热量来源是液态铁的物理热和化学热。物理热与铁水温度有关, 化学热是铁水中各元素氧化后释放的热量, 与铁水的化学成分有关。靠液态生铁的物理热和生铁内各组分 (如碳、锰、硅、磷等) 与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量, 使金属达到出钢要求的成分和温度。炉料主要为铁水和造渣料 (如石灰、石英、萤石等) , 为调整温度, 可加入废钢以及少量的冷生铁块和矿石等。
对吹炼过程的控制实质上就是指终点控制, 炼钢终点控制就是控制炼钢过程的进行时间, 保证钢水温度和成分在吹炼结束时符合要求。
随着炼钢工艺的进步, 炼钢控制技术大致经历静态、动态和闭环控制三个发展阶段。静态控制是以碳含量控制、温度控制为主, 实现终点的基本命中;动态控制是在吹炼后期检查熔体碳含量、温度, 对静态模型进行动态校正, 实现终点的精确命中;闭环控制是在静态、动态控制的基础上, 实施在线检测和控制喷溅, 全面预报终点C、S、P, 实现全自动控制。
发达国家目前已进入全自动吹炼控制阶段, 其基本方法主要为副枪法、炉气分析法或副枪与炉气分析结合法。
2 光谱分析的理论基础
当物体从外界获得能量后, 一部分多余的能量以光或热的形式释放出来。如果能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来, 就称为发光。光的发射, 总是伴随着物质从高能态向低能态的跃迁。原子或分子从高能级向较低能级跃迁时产生辐射, 辐射的强度按频率 (v) 或波长 (λ) 分布的集合就是发射光谱。发射光谱的特征和规律与原子或分子的能级结构、运动状态以及原子和分子同电磁场或粒子相互作用的性质有关。每一种元素都有其特定的发射光谱。反过来, 发射光谱可以反映一种元素的存在和含量。
当电子在能量不同的轨道之间跃迁时, 原子才会吸收或放出能量。当电子从高能级的轨道 (E2) 跃迁到低能级的轨道 (E1) 时, 原子以光子的形式释放出能量[2]。释放出光的频率与轨道能量的关系为:
其中，c为光速，
在一定条件下原子或离子受激发后, 可以外层电子而发射的特征光谱来研究物质化学组成, 叫做原子发射光谱法。原子发射光谱法对分析试样不需经过化学处理可以直接测定, 分析速度快, 可以同时检测多种元素, 可以广泛应用于各种成分分析的研究, 且检出限低, 准确度高。
3 光谱分析
3.1 工作原理
激光由光纤传输, 经透镜聚焦在样品上, 当激光脉冲的能量密度大于击穿门槛能量时, 就会在局部产生等离子体, 这些等离子体中包括激发态的自由电子, 中性原子和离子, 称作激光诱导等离子体。这种等离子体局部能量密度很高, 可以实现待测元素的原子化、激发及离子化, 发射出线性光谱, 用光谱仪直接收集样品表面等离子体产生的发射谱线信号, 从理论上可以根据发射光谱的强度进行定量分析。
在检测装置上设置一个检测专用的喷枪, 通过喷枪向金属液表面吹惰性气体, 作为将要激发出的等离子体的环境气体, 以便下一步进行检测。在吹入气体的作用下, 在对应位置处会产生一个球状凹穴。利用传输光纤, 将激光器发出的激光沿着喷枪的冷却装置传导入, 并利用聚焦透镜将激光束在金属液表面凹穴处聚焦。在高温和惰性气氛中, 金属液在聚焦点附近的很小区域内被充分蒸发、原子化、激发和电离, 产生等离子体, 这些被激发的等离子体会发出线状的特征光谱, 这些特征光谱反应了金属液的成分。由光栅分光系统将各种组分原子发射的多种波长的光分解成光谱, 并由检测装置接收。根据特征谱线的存在与否, 鉴别样品中是否含有某种元素。运用光谱的定量分析方法, 根据这些谱线的强度可以计算出相应各种元素的含量。利用光纤将光谱传导到光谱检测系统, 将各谱线的强度转换成电信号, 检测系统再将电信号发送到计算机, 计算机对信号进行分析处理, 利用相应的软件对电信号进行评价, 确定成分, 计算含量。
为了保护光纤和聚焦透镜, 使其能够在恶劣的条件下良好的工作, 系统还设置了冷却装置和保护罩。
3.2 原子谱线强度的计算
在热力学平衡下, 分配在各激发态的原子数和基态的原子数由Boltzmann分布决定:
gi、g0为激发态与基态的统计权重;Ei:为激发能;k为玻耳兹曼常数;T为激发绝对温度 (K) 。
由此可以算出, 在一般光源温度下, (5000K) , 大多数元素某一激发态原子的密度与基态原子密度的比值在10-4数量级, 可见光源等离子体中激发态原子密度很小, 基态原子的密度N0与气态原子的总密度NM几乎相等所以上式可写为:
其等离子体中不仅存在气态原子NM, 还存在因高温而电离的气态离子NM+和未离解的气态分子NMX, 其离解度β和电离度x分别为:
等离子体中被测元素的总原子数应为三者的总和, 即:
由此可得：
所以：
当蒸发过程达到平衡时, 等离子体中被测元素的总原子数Nl与样品中分析物的浓度c有如下关系
式中, α为分析物蒸发的速度常数, 与其分析物的沸点、蒸发温度、蒸发时的物理化学过程有关;τ是气态分析物在等离子体中的平均停留时间, 其值与光源性质、温度及离子质量有关;q是与分析物蒸发时发生的化学反应有关的常数, 如果蒸发时没有化学反应发生, 则q等于1, 此时, 上式可写成:
所以
从公式中可以看出, 谱线的强度不仅与分析物的浓度c有关, 而且与原子和离子的固有性质有关, 如跃迁几率Ail、辐射频率hvil、激发电位Ei、激发态与基态统计权重gi、g0有关。此外, 温度T以及蒸发速率α、停留时间τ、离解常数β和电离常数x都对谱线强度产生影响, 对于一定的分析物质, 当温度恒定时, 除了浓度项以外, 其余项均可视为常数, 用A表示:
3.3 谱线强度的影响因素
激光诱导等离子体在很大程度上受激光脉冲延迟时间和激光脉冲能量的影响[3]。只有在一定的激光能量下才能产生等离子体, 对不同的材料, 这一阈值不同。而且激光能量不同, 会直接影响产生的等离子体的性质。所以, 激光诱导等离子体对激光能量比较敏感。
在激光诱导产生等离子体时, 环境气体对所产生的等离子体也具有很强的影响。在惰性气体Ar气中, 环境气体的约束作用会使特征谱线强度增加[4~6]。
激光诱导形成的等离子体羽和背景气体的相互作用, 比等离子体在真空中的膨胀要复杂的多, 涉及到等离子体的减速、衰减及能量交换等过程, 从而会影响出射谱 (连续谱、原子谱、离子谱) 的时空行为。不同的环境气体与压强对等离子体寿命及光谱强度的影响很大[7], 背景气体的气压对激光诱导等离子体辐射特征的影响, 主要有以下几个方面:
热库效应:对等离子体来说, 背景气体具有热容器 (热库) 作用。等离子体在演化过程中, 可以从这个热库中继续吸收能量, 使激发跃迁持续几到几十微秒。背景气体的密度直接决定热库效应的强弱, 当气压很小时, 气体密度非常小, 热库效应几乎消失, 特征谱衰减很快;当气压升高时, 气体密度变大, 热库效应增强, 特征谱衰减变慢, 等离子体寿命延长。
约束效应:激光诱导金属等离子体在膨胀过程中, 与环境气体分子发生碰撞, 使等离子体的膨胀受到阻碍和约束。气体密度直接决定着这种约束效应的强弱。当环境气压很小时, 约束效应很弱, 相应特征谱也很弱;气压升高时, 气体密度增大, 约束效应增强, 特征谱强度增强。
阴影效应:激光要经过环境气体才到达待测样品表面。经过气体时, 气体受到激光的作用而分解, 气体分解吸收激光能量, 于是环境气体像阴影一样遮在样品表面上, 使到达表面的能量减少, 所以称为阴影效应。这种效应与气压密切相关。
根据以上分析, 结合实际情况, 可以找出最佳出射谱的环境气体参数。
4 结论
使用中频炉熔解铁水, 用脉冲激光器激发产生等离子体, 利用光谱设备对铁水表面等离子体发射的光谱进行分析, 通过大量实验数据, 建立与铁水各参数变化相对应的光谱特征谱库。根据光谱辐射理论, 铁水的发射光谱与铁水各成分的参数之间存在着内在关系, 实验结果显示在多次实验中光谱存在着显著的变化规律。
参考文献
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