光電直讀光譜儀的工作原理及誤差分析

摘要：由于我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，化學(xué)材料技術(shù)也在不斷發(fā)展。在材料化學(xué)中，想要獲得材料的基礎(chǔ)信息，就需要用到光電直讀光譜儀。本文敘述了光電直讀光譜儀的工作原理，并對(duì)其誤差進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：光電直讀光譜儀；工作原理；誤差

隨著科技水平的不斷提升，進(jìn)行光譜分析的儀器也在不斷的變化，目前比較先進(jìn)的儀器就是光電直讀光譜儀。目前，光電直讀光譜儀被廣泛應(yīng)用到金屬材料的光譜分析中，在化學(xué)材料領(lǐng)域發(fā)揮著重大的作用。

一、光電直讀光譜儀的工作原理

當(dāng)光照射到材料上的時(shí)候，就會(huì)使材料的基礎(chǔ)分子結(jié)構(gòu)中的電子發(fā)生變化，從而改變材料對(duì)于光的反應(yīng)變化，而光譜儀能夠有效的檢測(cè)到這種變化。光譜儀能夠把復(fù)色光的不同波長(zhǎng)進(jìn)行分離處理，通過一些別的儀器來獲得光譜中的波長(zhǎng)及其強(qiáng)度。目前這種光譜的分析在很多方面都被廣泛應(yīng)用，極大的提高了材料分析的效率。對(duì)于不同類型的光譜，比如拉曼光譜、熒光光譜等，都可以進(jìn)行光譜分析。當(dāng)前的單色儀的光譜范圍比較寬并且分辨率也比較高，并且可以利用電腦進(jìn)行波長(zhǎng)的自動(dòng)掃描，這樣就可以利用相應(yīng)的設(shè)備來做一些對(duì)性能要求比較高的檢測(cè)，在進(jìn)行光譜分析的時(shí)候一般都通過電腦來掃描單色儀。當(dāng)光線透過入射狹縫的時(shí)候，一般都要用光學(xué)準(zhǔn)直鏡將復(fù)合光轉(zhuǎn)換為平行光，這些平行光通過衍射光柵后就會(huì)呈現(xiàn)出不同的波長(zhǎng)，利用聚焦反射鏡將這些不同的波長(zhǎng)成像為出射狹縫，并且可以利用電腦來控制出射的波長(zhǎng)。由于金屬材料與電極之間會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象并且產(chǎn)生輝線光譜，這樣就能利用光電直讀光譜儀進(jìn)行測(cè)定，來確定金屬材料當(dāng)中所含有的元素?cái)?shù)量。在進(jìn)行材料的分析時(shí)，要通過光源的電源進(jìn)行激發(fā)，然后光就能在聚光透鏡的幫助下進(jìn)入到入口狹縫當(dāng)中，并且分光會(huì)出現(xiàn)在衍射光柵上，這樣只需要獲得衍射光柵上的光譜就可以，并且通過光電倍增管將這些光轉(zhuǎn)換為電流[1]。

二、光電直讀光譜儀的特點(diǎn)

光電直讀光譜儀是目前進(jìn)行材料分析的時(shí)候一種比較有效的方法，其有著一些比較好的特點(diǎn)，比如操作要求低，通過電腦自動(dòng)化分析、對(duì)光譜的分析范圍大并且速度很快、進(jìn)行分析的時(shí)候靈敏度比較高、獲得的誤差比較小。一般在利用光電直讀光譜儀進(jìn)行分析的時(shí)候一個(gè)人就可以完成操作，利用電腦的自動(dòng)化系統(tǒng)來進(jìn)行分析，完畢之后相關(guān)人員只需要將化驗(yàn)結(jié)果打印出來即可。并且將這些化學(xué)材料的信息儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，在以后進(jìn)行使用的時(shí)候可以快速的查詢到，特別是在進(jìn)行配制合金的時(shí)候利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，保證配制的科學(xué)合理。在進(jìn)行光電直讀光譜儀的使用之前，要根據(jù)不同的情況選擇不同的基體，比如要想檢測(cè)鐵成分就需要使用鐵基。并且還要保證在檢測(cè)元素的時(shí)候光電直讀光譜儀當(dāng)中有相應(yīng)的通道，要根據(jù)企業(yè)的實(shí)際情況來確定元素的檢測(cè)通道，保證通道不僅能夠滿足當(dāng)下的檢測(cè)要求，還能在以后進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候能夠使用。光電直讀光譜儀根據(jù)不同的條件有著不同的分類，根據(jù)波長(zhǎng)范圍有真空型和非真空型，其中非真空型能夠檢測(cè)的光譜波長(zhǎng)在紫外區(qū)和可見區(qū)當(dāng)中，真空型則能檢測(cè)到比較短的光波波長(zhǎng)；根據(jù)通道有單通道光譜儀以及多通道光譜儀。

三、光電直讀光譜儀的誤差分析

使用光電直讀光譜儀對(duì)化學(xué)材料的元素進(jìn)行檢測(cè)分析的時(shí)候，化驗(yàn)結(jié)果與真實(shí)的元素含量總是存在一些差距的，這些誤差在測(cè)量的時(shí)候一般都存在，根據(jù)其性質(zhì)的不同可以分為系統(tǒng)誤差、偶然誤差以及過失誤差，下面就對(duì)這幾種誤差的產(chǎn)生來源以及原因進(jìn)行分析。

1、系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差一般也稱為可測(cè)誤差，由于它是在進(jìn)行分析的時(shí)候受到一定因素影響而產(chǎn)生的，所以這種誤差是可以進(jìn)行測(cè)量的。一般情況下，系統(tǒng)誤差總是偏高或者偏低。比如在測(cè)量光譜標(biāo)樣的時(shí)候，可以發(fā)現(xiàn)化驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際含量總是存在著一定的誤差，這種誤差就可以稱之為系統(tǒng)誤差[2]。我們可以利用系統(tǒng)誤差來校正測(cè)量值，從而保證化驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。一般系統(tǒng)誤差的來源主要有以下幾種：

（1） 材料的實(shí)際情況不符合理論狀態(tài)。由于金屬材料經(jīng)常會(huì)受到外界因素的影響，這樣就會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，在進(jìn)行光譜直讀分析的時(shí)候就會(huì)與理論的數(shù)據(jù)存在著一些差距。

（2） 在進(jìn)行分析的時(shí)候摻雜其它元素。一般在檢測(cè)試樣中的其他元素與標(biāo)準(zhǔn)樣品當(dāng)中的其它元素含量情況不太相同，這樣就會(huì)造成化驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差。

（3） 在分析光譜標(biāo)樣的元素含量的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生一些誤差。

（4） 實(shí)際的元素光譜中會(huì)有一些未知元素的光譜，這樣也會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。

（5） 氬氣不是純凈的。一般如果在氬氣中產(chǎn)生氧氣或者水蒸氣，都會(huì)使氬氣發(fā)生斑點(diǎn)變壞的現(xiàn)象。如果在氬氣管道和電極架之間有污染物的時(shí)候，就會(huì)影響檢測(cè)的結(jié)果，從而造成系統(tǒng)誤差。

（6） 塢電極也會(huì)影響系統(tǒng)誤差。在進(jìn)行光譜分析的時(shí)候，塢電極的頂尖角度是一定的。但是在長(zhǎng)期的使用中，塢電極會(huì)的頂尖就會(huì)延長(zhǎng)，從而影響到光譜分析的結(jié)果。并且在塢電極的激發(fā)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一些金屬蒸氣，這些金屬蒸氣會(huì)污染透鏡，從而在檢測(cè)的時(shí)候產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。

（7） 透鏡引起的誤差。在透鏡的內(nèi)部一般都是真空的，但是其內(nèi)表面經(jīng)常被真空泵油蒸氣污染，外表面被金屬蒸氣污染，這樣就會(huì)降低光的透過率。這樣在測(cè)量的時(shí)候就會(huì)引起系統(tǒng)誤差，所以相關(guān)人員要及時(shí)的清理聚光透鏡。

2、 偶然誤差

偶然誤差也是一種隨機(jī)誤差，其主要是因?yàn)橐恍┡既坏囊蛩囟斐傻恼`差，比如檢測(cè)溫度、振動(dòng)等。這些誤差的產(chǎn)生是不可控制的，并且能夠影響到檢測(cè)的精密度。一般偶然誤差的來源有以下幾種：

（1） 進(jìn)行檢測(cè)的材料成分不均勻。在進(jìn)行光電直讀光譜分析的時(shí)候，在材料中元素的分布沒有呈現(xiàn)出均勻性，所以在對(duì)不同位置進(jìn)行分析的時(shí)候，檢測(cè)結(jié)果也是不同的。這主要是因?yàn)椴牧显谶M(jìn)行煉制的時(shí)候，有時(shí)候會(huì)摻雜一些雜質(zhì)，還有材料在冷卻的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生氣孔、砂眼等缺陷。

（2） 材料表面不工整造成誤差。一般在進(jìn)行材料的電極激發(fā)的時(shí)候，要求不能漏氣。如果發(fā)生漏氣的現(xiàn)象，就會(huì)造成氣壓的不穩(wěn)定，產(chǎn)生斑點(diǎn)變白的情況，這樣就會(huì)影響到檢測(cè)的結(jié)果。

（3） 材料比較薄也會(huì)發(fā)生誤差。如果材料比較薄的話，在進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候如果發(fā)熱甚至激穿材料，從而影響到檢測(cè)的結(jié)果。

（4） 進(jìn)行材料分析時(shí)沒有按照相關(guān)的操作進(jìn)行。在進(jìn)行磨樣的時(shí)候，要保證操作符合要求，如果操作不當(dāng)，就可能給檢測(cè)結(jié)果帶來誤差。

3、 過失誤差

過失誤差主要由于相關(guān)人員在操作的時(shí)候由于操作不當(dāng)而引起的誤差，其沒有一定的規(guī)律。與系統(tǒng)誤差和偶然誤差不同，過失誤差的產(chǎn)生是無法進(jìn)行預(yù)測(cè)避免的，一般當(dāng)過失誤差產(chǎn)生以后，一般這組檢測(cè)結(jié)果都不會(huì)被采用[3]。

在利用光電直讀光譜儀進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，從最開始的磨樣到化驗(yàn)結(jié)果的產(chǎn)生，中間是存在若干環(huán)節(jié)的，這些不同的環(huán)節(jié)中都可能發(fā)生誤差。如果沒有過失誤差，那么誤差的就是系統(tǒng)誤差和偶然誤差相加得到的，這種誤差決定著進(jìn)行光譜分析的時(shí)候是否正確。一般通過正確性和再現(xiàn)性來檢驗(yàn)分析的正確度。正確性就是檢測(cè)結(jié)果與理論結(jié)果的差距程度，如果誤差比較小的話，其正確性就比較高。再現(xiàn)性是進(jìn)行多次分析檢測(cè)之后，誤差是否接近，如果偶然誤差比較小，那么就說明檢測(cè)的再現(xiàn)性比較高。

結(jié)束語

在利用光電直讀光譜儀的進(jìn)行化學(xué)材料的分析時(shí)，由于各種因素總是會(huì)產(chǎn)生一些誤差的。檢測(cè)人員要采取相關(guān)的措施，最大程度的減少檢測(cè)的誤差，保證檢測(cè)分析的精密性，從而提高化學(xué)材料分析的水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 葉青. 光電直讀光譜儀使用中誤差分析及消除對(duì)策-以檢測(cè)不銹鋼成分為例[J]. 現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)， 2016， 37（20）：180-181.

[2] 王日益， 郭建峰， 韋海弟. 光電直讀光譜儀在鋁合金分析中的應(yīng)用研究[J]. 企業(yè)科技與發(fā)展， 2014（11）：27-29.

[3] 吳齊偉. 光電直讀光譜儀分析的誤差探討[J]. 現(xiàn)代冶金， 2006， 34（4）：52-53.

作者簡(jiǎn)介：姚強(qiáng)，身份證號(hào)碼：622826198908293917.