淺談光柵攝譜儀和光電直讀光譜儀的優(yōu)缺點

蘆英

【摘 要】科學技術的進步帶動著社會的發(fā)展，工業(yè)領域中應用著許多先進的技術。這些技術借助于儀器得以準確的體現物質的成分以及含量，便于人們進行深入的認識和研究。許多金屬在工業(yè)中都有重要的作用，現代工農業(yè)對金屬的需求量加大，對礦區(qū)的開采同時增加，通過科學的方法檢測物質的成分及含量顯得十分的必要?？茖W的測量可以定性定量的分析物質的特性，是我們判斷物質的價值，做出正確的決策的重要依據?，F代科學發(fā)展迅速有許多儀器被利用到了實際工作中，光柵攝譜儀就是檢測物質成分含量的儀器，隨著科學的進步，該儀器得到完善演變?yōu)楣怆娭弊x光譜儀。下面我們就來詳細地論述光柵攝譜儀和光電直讀光譜儀各自的原理、特點，并比較他們的優(yōu)缺點，為實際工作提供一些借鑒和參考。

【關鍵詞】光柵攝譜儀；光電直讀光譜儀；優(yōu)缺點

0.引言

分析物質的成分有助于我們理解自然界，更有助于我們日常的生產活動，只有清楚分析物質的成分，才能對物質進行合理的使用，并對物質進行必要的提煉和結合。地質學、機械工業(yè)、化工產業(yè)等更多的涉及到物質成分以及含量，地質學中對物質的含量做出準確的分析可以幫助我們認識到礦區(qū)的價值，為我們決定各種金屬的提煉方法做出重要的依據；機械工業(yè)中對物質成分的分析可以建造生產生活所需的物品，并檢測物質的質量；化工產業(yè)中對物質的正確認識才可以正確配比，產生期待的物質。

現代的科學技術水平不斷的提高，科學理論不斷的深入，各個領域中引進多種先進的技術的同時創(chuàng)造出許多輔助使用的儀器。這些儀器根據物質的物理特性或者化學特性進行設計，通過可觀測的現象的變化或者具體數據的顯示來得出研究結論，有助于我們正確認識事物，做出適當的決策。檢測物質成分中光柵攝譜儀就是一種很重要的儀器，曾被使用在眾多領域，帶動了經濟的發(fā)展，但隨著社會的發(fā)展，其缺點越來越明顯，這種儀器不能適應時代的要求而逐漸的被光電直讀光譜儀所取代，雖然后者也有一些缺點但是目前最為準確可靠方便的儀器，下面我們就來詳細的論述這兩種儀器的具體情況：

1.光柵攝譜儀

光柵攝譜儀儀器利用平面反射式光柵分光研究物質的成份和含量，主要用于金屬合金（包括礦物井石）的日常定性定量分析，純金屬和材料的雜贊同鑒定，與各種附件配合，用作激光微區(qū)分析、記錄閃光和弱光現象。

主要特點：儀器采用三透鏡消色差照明方法，狹縫得到均勻照明，使同一條譜線黑度均勻。儀器狹縫前的哈特曼光欄盤上設置哈特曼光欄及三階，九階減光板。使用控制箱控制攝譜過程。儀器配備直流電弧，交流電弧光源，以適應不同分析任務的需要。

儀器介紹：WP1一米平面光柵攝譜儀是在200nm-800nm波段范圍內作發(fā)射光譜分析的儀器。廣泛應用于地質、冶金、機械、石油化工等部門作光譜定量和定性分析。二米平面光柵攝譜儀廣泛地用于地質、冶金、石油、化工、機械等工業(yè)部門對礦石、礦物的光譜全分析，金屬及其合金的元素含量分析以及高純物質的雜質痕量分析，稀有元素及稀土元素的定量分析。定光柵攝譜儀廣泛應用于光源制造及研究（如LED等）、農業(yè)、化工、醫(yī)藥、生物、石油及印染等行業(yè)的光譜及色度特性的在線測量，還可以進行透射、吸收及熒光光譜等的測量。

2.光電直讀光譜儀

光電直讀光譜儀為發(fā)射光譜儀，主要通過測量樣品被激發(fā)時發(fā)出代表各元素的特征光譜光（發(fā)射光譜）的強度而對樣品進行定量分析的儀器。目前無論國內還是國外的光電直讀光譜儀，基本可按照功能分為4個模塊，即：（1）激發(fā)系統(tǒng)：任務是通過各種方式使固態(tài)樣品充分原子化，并放出各元素的發(fā)射光譜光。（2）光學系統(tǒng)：對激發(fā)系統(tǒng)產生出的復雜光信號進行處理（整理、分離、篩選、捕捉）。（3）測控系統(tǒng)：測量代表各元素的特征譜線強度，通過各種手段，將譜線的光強信號轉化為電腦能夠識別的數字電信號?？刂普麄€儀器正常運作（4）計算機中的軟件數據處理系統(tǒng)：對電腦接收到的各通道的光強數據，進行各種算法運算，得到穩(wěn)定，準確的樣品含量。

光電直讀光譜儀4個模塊的種類和特點：

2.1激發(fā)系統(tǒng)

（1）高能預燃低壓火花激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛：采用高能預燃，大幅降低了樣品組織結構對原子化結果的影響。

（2）高壓火花激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛：采集光強不穩(wěn)定。

（3）低壓火花激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛：對同一樣品光強穩(wěn)定，但是對于樣品組織結構對原子化的影響無能為力。

（4）直流電弧激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛：對樣品中的痕量元素光譜分辨率和檢出限有好效果。

（5）數控激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛：按照樣品中各元素的光譜特性，把激發(fā)過程分為靈活可調的幾個時間段，每段時間只針對某幾個情況相近的元素給出最佳的激發(fā)狀態(tài)進行激發(fā)，并僅采集這幾個元素。把各元素的激發(fā)狀態(tài)按照試驗情況進行分類討論）。

2.2光學系統(tǒng)

（1）帕邢-龍格光學系統(tǒng)（固定光路，凹面光柵及排列在羅蘭軌道上的固定出射狹縫陣列）：光學系統(tǒng)結構穩(wěn)定，笨重，體積大。

（2）中階梯光柵交叉色散光學系統(tǒng)（采用雙單色器交叉色散技術，達到了高級次同級的高分辨率，同時又用二次色散解決了光譜的級次重疊問題）：體積小，分辨率高，一般采集接固體成像系統(tǒng)。

2.3測控系統(tǒng)

2.3.1測量系統(tǒng)

（1）光電倍增管+積分電路+模數轉化電路：一般作為帕邢-龍格光學系統(tǒng)或C-T光學系統(tǒng)的光譜采集器，一個光電倍增管加上之后的電路只能采集一根譜線的強度。

（2）CCD/CID檢測器+DSP：一般作為中階梯光柵交叉色散光學系統(tǒng)的采集器，靈敏度略低于光電倍增管，但是可做全譜采集。

2.3.2控制

（1）多層光電隔離的激發(fā)控制+光路控制+采集控制。

（2）采用高抗干擾的通訊協(xié)議進行可又數據反饋的高效率控制。

2.4計算機軟件及數據處理系統(tǒng)

（1）內標法（2）通過標準物質繪制曲線。（3）通過PDA技術篩選數據。（4）通過軟件通道的測量數據進行背景、以及第三元素干擾的去干擾運算。（5）通過控制樣品找回儀器的漂移量。

3.兩者優(yōu)缺點比較

3.1光柵攝譜儀的優(yōu)點是

（1）適用的波長范圍廣。

（2）具有較大的線色散率和分辨率，且色散率僅決定于光柵刻線條數而與光柵材料無關。

（3）線色散率與分辨率大小基本上與波長無關。

其不足之處是光柵會產生羅蘭鬼線以及多級衍射線間的重疊而出現譜線干擾。

3.2光電直讀光譜儀的優(yōu)點是

（1）分析速度快。

（2）準確度高，相對誤差約為1%。

（3）適用于較寬的波長范圍。

（4）光電倍增管對信號放大能力強，對強弱不同譜線可用不同的放大倍率，相差可達10000倍，因此它可用同一分析條件對樣品中多種含量范圍差別很大的元素同時進行分析。

（5）線性范圍寬，可做高含量分析。

缺點為：出射狹縫固定，能分析的元素也固定，也不能利用不同波長的譜線進行分析；價格昂貴。

4.結語

研究的進行需要一定的儀器作為輔助，甚至有的研究可以直接通過儀器的分析綜合得出結果。在檢測物質成分以及含量中，光柵攝譜儀曾是一種重要的儀器，這種根據物質物理特性研究而得的儀器較為準確的顯示了物質的成分，但因其受干擾因素較多嗎，結果不十分穩(wěn)定逐漸被更為先進的設備代替?，F在常用的檢測物質成分的儀器主要是光電直讀光譜儀，該儀器較好的彌補了光柵攝譜儀的缺點，大大提高了檢測的準確率，研究結果更加科學可靠。但其造價較高，不能廣泛適用所有元素仍然存在一定的局限性，需要我們不斷的進行研究和探討，設計更為優(yōu)質的儀器輔助我們的研究生產。

【參考文獻】

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