光電直讀光譜儀分析的誤差分析

陶蘭桂 辛連紅 李成賢

摘 要：隨著材料技術(shù)的快速發(fā)展，企業(yè)對材料成分控制有著越來越嚴(yán)苛的要求，而傳統(tǒng)的化學(xué)方法分析有限、效率低下，顯然不利于材料技術(shù)的順利發(fā)展。在此背景下，雖然光電直讀光譜儀分析因彌補了化學(xué)分析方法的缺陷而被廣泛應(yīng)用，但也易受多種因素制約出現(xiàn)誤差。對此，本文研究了光電直讀光譜儀分析的誤差，并就其控制措施進行了探討。

關(guān)鍵詞：光電直讀光譜儀分析；誤差；分析結(jié)果

在計算機、光電技術(shù)等的推動和支持下，光電直讀光譜儀分析憑借其操作簡單、準(zhǔn)確度高、分析面廣、速度較快等優(yōu)勢逐漸成為分析材料化學(xué)成分的主要方法。可是在具體實踐中，其易受儀器、環(huán)境、人為等干擾致使測量結(jié)果與材料實際成分不一致，或者多次測量結(jié)果不一致，因此研究其分析誤差并予以有效解決，以提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性十分必要。

1.光電直讀光譜儀分析的誤差分析

光電直讀光譜儀是指基于金屬試樣與電極之間發(fā)生的電弧或電火花放電，對其生成的輝線光譜予以光電測定，進而實現(xiàn)定量元素含量的分析方法。相對而言，其有著速度快、靈敏度高、便于操作、分析范圍廣、誤差小以及自動化程度高的顯著優(yōu)勢，故冶金鑄造、金屬機械加工、建筑材料、石油化工等諸多領(lǐng)域均有所涉及[1]。但光電直讀光譜儀分析在實際使用中，所得分析結(jié)果與元素真實含量可能存在一定的誤差，具體分析如下：

1.1.系統(tǒng)誤差分析

系統(tǒng)誤差即在試驗條件一定的情況下，因單個或若干個因素以一定的規(guī)律發(fā)生作用而引發(fā)的誤差，該值越小，分析結(jié)果就越正確。實踐分析，其與標(biāo)準(zhǔn)樣品與分析試樣不同的組織狀態(tài)、含有第三元素、光譜標(biāo)樣自身誤差、氬氣不純、工作條件變化、未知譜線重疊、電源電壓、透鏡、鎢電極等諸多因素有關(guān)。但經(jīng)發(fā)現(xiàn)誤差和找出原因后，可予以有效的校正或避免。

1.2.偶然誤差分析

偶然誤差是指因相關(guān)因素發(fā)生隨機波動而引發(fā)的可相互抵償且無規(guī)律的誤差，因其時大時小、時正時負(fù)，故其決定了分析結(jié)果的精密度。經(jīng)驗表明，試樣成分組織結(jié)構(gòu)和分布不均、厚度較薄或太薄、表面平整度差、存在氣孔或裂紋缺陷等均可能引發(fā)偶然誤差。雖然其不可能完全消除，但基于重點誤差分析改進方法，還是可以降低偶然誤差的。

此外，由人為操作失誤引發(fā)的誤差也時常發(fā)生，但無論出于何種原因，都必須將含有這一誤差的一組數(shù)據(jù)視為異常值進行舍棄處理。考慮到系統(tǒng)誤差和偶然誤差之和基本上決定了光電直讀光譜分析結(jié)果的正確度，故當(dāng)上述兩種誤差均不存在或誤差很小時，可將精密度視為正確度[2]。但既然存在分析誤差，便會對分析結(jié)果產(chǎn)生影響，所以還需我們采取措施控制誤差。

2.光電直讀光譜儀分析的誤差控制

2.1.優(yōu)化安裝條件

對于光電直讀光譜儀而言，其安裝質(zhì)量與分析結(jié)果息息相關(guān)，故在使用該種分析方法時，必須優(yōu)化其安裝條件。如室內(nèi)溫度和相對濕度適宜分為控制在10-30℃和20-80%之間，且無冷凝，與腐蝕性化學(xué)氣體距離安全，以免因光電倍增管的信噪比和暗電流以及高壓元件放電漏電降低分析結(jié)果精確度；必須確保氬純度高于99.998%，并在氣路中設(shè)置凈化裝置，以免因其摻有氧、水蒸氣等物質(zhì)破壞激發(fā)斑點，引發(fā)系統(tǒng)誤差；為防止儀器分析靈敏度降低，必須將其真空度控制在0.05mmHg左右，特別是針對200nm以下波長的元素；由于電源電壓變化易造成激發(fā)單元放電電壓不穩(wěn)，故需使其處于-15%-+10%范圍內(nèi)，以此提高儀器的分析精度。

2.2.做好準(zhǔn)備工作

在正式使用光電直讀光譜儀分析材料成分和元素含量時，還應(yīng)切實做好準(zhǔn)備工作，以此盡可能降低系統(tǒng)誤差和偶然誤差的風(fēng)險和隱患。具體包括認(rèn)真檢查輸入電壓、濾盒刻度、盒中水量是否合適；氬氣壓力是否為0.7MPa，以防因出現(xiàn)渦流影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性；基于Spark Analyzer MX打開分析軟件后，必須穩(wěn)定儀器1h且待藍(lán)色背景消失后考慮分析操作；必須激發(fā)樣品RH18用于判斷氬氣狀態(tài)，并對儀器進行標(biāo)準(zhǔn)化操作，以便及時更換氬氣、修正調(diào)整誤差，進而確保準(zhǔn)確分析；盡量選擇組成與試樣接近且表面平整、成分均勻的標(biāo)樣，嚴(yán)禁使用含量遠(yuǎn)低于試樣的標(biāo)樣，不然會加大分析誤差。

2.3.正確分析樣品

樣品選擇與分析結(jié)果有很大關(guān)系，故應(yīng)在切割機、磨樣機的作用下生成形狀和大小適合火花架的試樣，以確保激發(fā)孔可被激發(fā)面密封，以及表面平整而清潔，磨樣紋路合理而無缺陷，并良好接觸火花架，使其溫度低于40℃，且無漏氣，以免出現(xiàn)較高的分析結(jié)果；待樣品制好并放至火花臺后，必須對其進行3次以上的激發(fā)，并注意傾聽聲音是否既平穩(wěn)又不尖銳，為做到準(zhǔn)確分析，需要選擇一個激發(fā)標(biāo)樣作為測試標(biāo)準(zhǔn)用于繪制工作曲線，同時在完成掃描后及時清潔鎢電極，以防因間隙放電發(fā)生距離變化而影響測量結(jié)果[3]；若需要更改基體，則必須徹底清潔火花臺，并配以更換電極、電極刷以及玻璃墊片，否則含量高的元素會干擾含量低的元素的分析結(jié)果。

2.4.強化維護保養(yǎng)

若在光電直讀光譜儀使用過程中予以到位的維護保養(yǎng)管理，既有助于分析準(zhǔn)確性的保障和提高，也利于降低自身故障風(fēng)險。因此建議根據(jù)實際情況，對其入光窗口、過濾盒用水、空氣過濾器、火花臺等加以定期檢查、清潔或更換；用于校準(zhǔn)儀器以及繪制工作曲線的標(biāo)樣不僅要使用存放科學(xué)規(guī)范，更要予以定期更換，以免因其標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)發(fā)生改變而影響參考標(biāo)準(zhǔn)和分析結(jié)果；針對透鏡內(nèi)外表面，必須及時清理附著的油蒸汽和金屬蒸汽，以此避免透過率的降低；針對氬氣管道，必須及時處理其與電極架之間存在的濁漏和污染物問題，以免引入系統(tǒng)誤差等。

結(jié)束語：

總之，光電直讀光譜儀分析的諸多優(yōu)勢是不容置疑的，其難以避免的分析誤差也是不容忽視的，故當(dāng)務(wù)之急便是準(zhǔn)確了解其誤差的成因和來源，在此基礎(chǔ)上尋求切實有效的控制方法，以此規(guī)避或最大限度的減小誤差，提高材料成分分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐強，呂凌.光譜儀分析偏差的原因探討[J].機械工人（熱加工），2010（09）：16-17.

[2] 吳齊偉.光電直讀光譜儀分析的誤差探討[J].江蘇冶金，2012（06）：23-25.

[3] 項小平.光電直讀光譜儀對鋼鐵成分分析值誤差的管理[J].企業(yè)家天地（下半月），2011（04）：09-10.

作者簡介：

陶蘭桂（1978.5-）女，漢，青海樂都人，黃河鑫業(yè)有限公司，助理工程師，本科學(xué)歷，化驗分析方向。