火花源原子發(fā)射光譜培訓(xùn)教程

1、|緒論緒論|火花源原子發(fā)射光譜儀基本原理火花源原子發(fā)射光譜儀基本原理|火花源原子發(fā)射光譜儀基本構(gòu)造火花源原子發(fā)射光譜儀基本構(gòu)造|光譜定量分析方法光譜定量分析方法|光譜分析中誤差和數(shù)理統(tǒng)計(jì)光譜分析中誤差和數(shù)理統(tǒng)計(jì)|ARL3460/4460操作指南操作指南一一. .緒論：光譜的種類和分析內(nèi)容緒論：光譜的種類和分析內(nèi)容 電磁輻射的基本特性電磁輻射的基本特性1.1電磁波譜區(qū)域電磁波譜區(qū)域1.1.1 電磁波譜區(qū)域的劃分電磁波譜區(qū)域的劃分1.1.2 火花發(fā)射光譜光譜分析的波長范圍火花發(fā)射光譜光譜分析的波長范圍 火花源原子發(fā)射光譜分析的波長范圍主要包括遠(yuǎn)火花源原子發(fā)射光譜分析的波長范圍主要包括遠(yuǎn)紫外區(qū)、近紫

2、外區(qū)和可見光區(qū)域，其分析的波長紫外區(qū)、近紫外區(qū)和可見光區(qū)域，其分析的波長范圍為：范圍為：140-800nm140-800nm。2. 光譜分析的內(nèi)容光譜分析的內(nèi)容2.1 原子發(fā)射光譜分析的歷史原子發(fā)射光譜分析的歷史2.1.1定性分析階定性分析階 1860年年, Kirchhoff(克?；舴蚩讼；舴?和和Bunsen (本生本生)利用分光鏡發(fā)現(xiàn)物質(zhì)組成與光譜之間關(guān)系利用分光鏡發(fā)現(xiàn)物質(zhì)組成與光譜之間關(guān)系,提出提出(1)每個元素被激發(fā)時每個元素被激發(fā)時,就產(chǎn)生自己特有的光譜就產(chǎn)生自己特有的光譜;(2)(2)一種元素可以根據(jù)它的光譜線的存在而一種元素可以根據(jù)它的光譜線的存在而肯定它的存在，根據(jù)元素的上述

3、特性肯定它的存在，根據(jù)元素的上述特性, ,發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了周期表中許多元素了周期表中許多元素: :銫銫(1860(1860年年),),銣銣(1861),(1861),鉈鉈(1861(1861年年, ,煙道灰煙道灰),),銦銦(1863(1863年年, ,鋅礦鋅礦),),鎵鎵(1875(1875年年),),釤釤(1879(1879年年),),鐠鐠(1885(1885年年),),釹釹(1885(1885年年) )鐿鐿(1878(1878年年),),鈥鈥(1879(1879年年),),鈧鈧(1879(1879年年),Dy( 1886),Dy( 1886年年),Tm(1879),Tm(1879年年),Gd(

4、1886),Gd(1886年年),),銪銪(1906(1906年年)Ge(1886)Ge(1886年年),He(1895),He(1895年年),Ar(1894),Ar(1894年年)Ne(1894),Ke(1894)Xe(1894).)Ne(1894),Ke(1894)Xe(1894).光譜定性分析至今還是一種有用的方法光譜定性分析至今還是一種有用的方法. .2.1.2 2.1.2 定量分析階段定量分析階段經(jīng)驗(yàn)公式經(jīng)驗(yàn)公式: 1930-1931,塞伯和羅馬金根據(jù)元塞伯和羅馬金根據(jù)元素的強(qiáng)度和濃度的關(guān)系，提出著名的塞伯素的強(qiáng)度和濃度的關(guān)系，提出著名的塞伯-羅羅馬金公式，才使光譜定量分析成為可能

5、。即：馬金公式，才使光譜定量分析成為可能。即：I = acb2.2光譜儀的類型光譜儀的類型光譜儀的類型可以有不同的劃分方法光譜儀的類型可以有不同的劃分方法按波長范圍劃分：真空型和非真空型按波長范圍劃分：真空型和非真空型按儀器結(jié)構(gòu)劃分：固定多道型和單道掃描型按儀器結(jié)構(gòu)劃分：固定多道型和單道掃描型3.3.光譜儀分析的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍光譜儀分析的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍3.1 光譜儀分析的主要特點(diǎn)：光譜儀分析的主要特點(diǎn)：(1)自動化程度高、選擇性好、操作簡單，分析速自動化程度高、選擇性好、操作簡單，分析速度快，可同時進(jìn)行多元素定量分析。度快，可同時進(jìn)行多元素定量分析。(2)校準(zhǔn)曲線線性范圍寬。校準(zhǔn)曲線線性范圍寬

6、。(3)精度高。精度高。(4)檢出限低。檢出限低。(5)在某些條件下，可測定元素的存在方式，如測在某些條件下，可測定元素的存在方式，如測定鋼中酸溶鋁定鋼中酸溶鋁/酸不溶鋁，酸溶硼酸不溶鋁，酸溶硼/酸不溶硼。酸不溶硼。 3.2 光譜分析的不足之處：光譜分析的不足之處： 光譜分析是一種經(jīng)驗(yàn)相對分析的方法，試樣光譜分析是一種經(jīng)驗(yàn)相對分析的方法，試樣組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、激發(fā)的條件難以完全控制，一組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、激發(fā)的條件難以完全控制，一般需用一套相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行匹配，使光譜分般需用一套相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行匹配，使光譜分析的應(yīng)用受到一定的限制析的應(yīng)用受到一定的限制;另外光譜分析也僅適用另外光譜分析也僅適用于

7、金屬元素及部分非金屬元素的成分分析，對元于金屬元素及部分非金屬元素的成分分析，對元素的價態(tài)的測量仍無能為力，有待于與其它分析素的價態(tài)的測量仍無能為力，有待于與其它分析方法的配合使用。方法的配合使用。3.3 3.3 光譜分析的應(yīng)用領(lǐng)域光譜分析的應(yīng)用領(lǐng)域 光譜分析在物理學(xué)、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)學(xué)光譜分析在物理學(xué)、化學(xué)、生物等基礎(chǔ)學(xué)科以及冶金、地質(zhì)、機(jī)械、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、科以及冶金、地質(zhì)、機(jī)械、化工、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。特別特別是在鋼鐵及有色金屬的冶煉中控制冶煉工藝有是在鋼鐵及有色金屬的冶煉中控制冶煉工藝有著極其重要的地位，而在地質(zhì)系統(tǒng)找礦

8、、環(huán)保、著極其重要的地位，而在地質(zhì)系統(tǒng)找礦、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、生物樣品中微量元素檢測、高純金屬及農(nóng)業(yè)、生物樣品中微量元素檢測、高純金屬及高純試劑中痕量雜質(zhì)元素的測定以及價態(tài)分析高純試劑中痕量雜質(zhì)元素的測定以及價態(tài)分析方面，光譜分析都是一種有效的分析手段，是方面，光譜分析都是一種有效的分析手段，是其他分析方法無法取代的。其他分析方法無法取代的。二二. .直讀光譜分析基本原理直讀光譜分析基本原理1.原子光譜的理論基礎(chǔ)原子光譜的理論基礎(chǔ)1.1 原子的結(jié)構(gòu)和輻射躍遷原子的結(jié)構(gòu)和輻射躍遷1.2 原子的激發(fā)和電離原子的激發(fā)和電離 1.2.1 原子的激發(fā)原子的激發(fā) 1.2.1.1 激發(fā)能：指氣態(tài)原子或離子，由基態(tài)

9、最激發(fā)能：指氣態(tài)原子或離子，由基態(tài)最低能級過渡到激發(fā)態(tài)所需的能量。低能級過渡到激發(fā)態(tài)所需的能量。 1.2.1.2原子的激發(fā)：處于能量最低狀態(tài)（基態(tài)）原子的激發(fā)：處于能量最低狀態(tài)（基態(tài)）的原子，當(dāng)它獲得一定的能量后，從基態(tài)的原子，當(dāng)它獲得一定的能量后，從基態(tài) 過渡過渡到某一較高能態(tài)（激發(fā)態(tài)），這一過程就叫激到某一較高能態(tài)（激發(fā)態(tài)），這一過程就叫激發(fā)。發(fā)。1.2.1.3 原子激發(fā)的幾種形式原子激發(fā)的幾種形式（1）利用高速運(yùn)動的粒子如電子、離子、分子利用高速運(yùn)動的粒子如電子、離子、分子和其它原子等與原子相互碰撞，使這些離子的和其它原子等與原子相互碰撞，使這些離子的動能轉(zhuǎn)化為原子的激發(fā)能。動能轉(zhuǎn)化為原

10、子的激發(fā)能。（2）利用已被激發(fā)的原子或分子與原子的相互利用已被激發(fā)的原子或分子與原子的相互碰撞，使它們的激發(fā)能轉(zhuǎn)化為被碰撞原子的激碰撞，使它們的激發(fā)能轉(zhuǎn)化為被碰撞原子的激發(fā)能。發(fā)能。（3）利用吸收特征輻射能使原子獲得激發(fā)能量。利用吸收特征輻射能使原子獲得激發(fā)能量。（4）利用化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為原子的利用化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為原子的激發(fā)能。激發(fā)能。 1.2.2. 原子的電離原子的電離1.2.2.1 電離能電離能：指從氣態(tài)原子最低能級移去電子：指從氣態(tài)原子最低能級移去電子至電離狀態(tài)所需的能量。至電離狀態(tài)所需的能量。1.2.2.2 原子的電離原子的電離：當(dāng)電子或其它高速粒子原子：當(dāng)電子或其

11、它高速粒子原子相互碰撞時，如果其能量大于原子的電離能，則相互碰撞時，如果其能量大于原子的電離能，則它們相互碰撞時就可能使氣態(tài)原子電離成氣態(tài)的它們相互碰撞時就可能使氣態(tài)原子電離成氣態(tài)的一級離子，如果能量更大，還可使離子處于激發(fā)一級離子，如果能量更大，還可使離子處于激發(fā)態(tài)，甚至更進(jìn)一步變成二級、三級等高級離子，態(tài)，甚至更進(jìn)一步變成二級、三級等高級離子，這一過程就叫電離。這一過程就叫電離。1.3.譜線的分裂和變寬譜線的分裂和變寬1.3.1 塞曼效應(yīng)塞曼效應(yīng)1.3.2 斯塔克效應(yīng)斯塔克效應(yīng)1.3.3 譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)譜線的超精細(xì)結(jié)構(gòu)1.3.4 譜線的自然寬度譜線的自然寬度1.3.5 譜線的多普勒變寬譜

12、線的多普勒變寬1.3.6 譜線的碰撞變寬譜線的碰撞變寬1.4.光譜線的自吸收和自蝕光譜線的自吸收和自蝕等離子體：等離子體：以氣態(tài)形式存在的包含分子、離子、以氣態(tài)形式存在的包含分子、離子、電子等粒子的整體電中性集合體。等離子體內(nèi)溫電子等粒子的整體電中性集合體。等離子體內(nèi)溫度和原子濃度的分布不均勻，中間的溫度、激發(fā)度和原子濃度的分布不均勻，中間的溫度、激發(fā)態(tài)原子濃度高，邊緣反之。態(tài)原子濃度高，邊緣反之。自吸：自吸：中心發(fā)射的輻射被邊緣的同種基態(tài)原子吸中心發(fā)射的輻射被邊緣的同種基態(tài)原子吸收，使輻射強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。收，使輻射強(qiáng)度降低的現(xiàn)象。自蝕自蝕: :元素濃度低時，不出現(xiàn)自吸。隨濃度增加，元素濃度低

13、時，不出現(xiàn)自吸。隨濃度增加，自吸越嚴(yán)重，當(dāng)達(dá)到一定值時，譜線中心完全吸自吸越嚴(yán)重，當(dāng)達(dá)到一定值時，譜線中心完全吸收，如同出現(xiàn)兩條線，這種現(xiàn)象稱為自蝕。收，如同出現(xiàn)兩條線，這種現(xiàn)象稱為自蝕。譜線表，譜線表，r r：自吸；：自吸；R R：自蝕；：自蝕；2.12.1直讀光譜分析的工作原理直讀光譜分析的工作原理 利用激發(fā)光源產(chǎn)生的能量作用于樣品，利用激發(fā)光源產(chǎn)生的能量作用于樣品，當(dāng)某一能量施加到一個原子上，一些電子就當(dāng)某一能量施加到一個原子上，一些電子就改變其軌道，當(dāng)這些電子返回到原來的軌道改變其軌道，當(dāng)這些電子返回到原來的軌道時，以一定波長的光形式恢復(fù)到原來的狀態(tài)時，以一定波長的光形式恢復(fù)到原來的狀

14、態(tài). .因而，一個含有幾種不同元素的樣品將產(chǎn)生因而，一個含有幾種不同元素的樣品將產(chǎn)生有每種元素特定的波長組成的光，通過用一有每種元素特定的波長組成的光，通過用一色散系統(tǒng)將這些波長分開，我們就能測定存色散系統(tǒng)將這些波長分開，我們就能測定存在哪一種元素和這些波長中每一種波長的強(qiáng)在哪一種元素和這些波長中每一種波長的強(qiáng)度，這些強(qiáng)度和相應(yīng)的元素的濃度成一定的度，這些強(qiáng)度和相應(yīng)的元素的濃度成一定的函數(shù)關(guān)系。同時利用電子接收系統(tǒng)測量這種函數(shù)關(guān)系。同時利用電子接收系統(tǒng)測量這種發(fā)光強(qiáng)度，再用計(jì)算機(jī)處理這些信息，這樣發(fā)光強(qiáng)度，再用計(jì)算機(jī)處理這些信息，這樣就可以測出相關(guān)元素的濃度。就可以測出相關(guān)元素的濃度。2.2

15、2.2 直讀光譜儀的構(gòu)造直讀光譜儀的構(gòu)造（1）激發(fā)光源：提供樣品激發(fā)時所需的能量；激發(fā)光源：提供樣品激發(fā)時所需的能量；（2）色散系統(tǒng)：將不同波長的譜線分離開來；色散系統(tǒng)：將不同波長的譜線分離開來；（3）接收和檢測系統(tǒng)：測量不同波長譜線的發(fā)接收和檢測系統(tǒng)：測量不同波長譜線的發(fā) 光強(qiáng)度并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的檢測；光強(qiáng)度并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的檢測；（4）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：處理測量數(shù)據(jù)和控制儀器；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：處理測量數(shù)據(jù)和控制儀器；2.3 2.3 激發(fā)光源激發(fā)光源2.3.1 激發(fā)光源的作用與選擇要求激發(fā)光源的作用與選擇要求 激發(fā)光源是直讀光譜儀中一個極為重要激發(fā)光源是直讀光譜儀中一個極為重要的組成部分，它的作用是給分析

16、試樣提供蒸發(fā)、的組成部分，它的作用是給分析試樣提供蒸發(fā)、原子化或激發(fā)的能量。在光譜分析時，試樣的原子化或激發(fā)的能量。在光譜分析時，試樣的蒸發(fā)、原子化和激發(fā)之間沒有明顯的界限，這蒸發(fā)、原子化和激發(fā)之間沒有明顯的界限，這些過程幾乎是同時進(jìn)行的，而這一系列過程均些過程幾乎是同時進(jìn)行的，而這一系列過程均直接影響譜線的發(fā)射以及光譜線的強(qiáng)度。直接影響譜線的發(fā)射以及光譜線的強(qiáng)度。 由于樣品種類繁多、形狀各異、元素對象、由于樣品種類繁多、形狀各異、元素對象、濃度、蒸發(fā)及激發(fā)難易不同，對光源的要求也各濃度、蒸發(fā)及激發(fā)難易不同，對光源的要求也各不相同。沒有一種萬能光源能同時滿足各種分析不相同。沒有一種萬能光源能同

17、時滿足各種分析對象的要求。直讀光譜儀分析的誤差，主要來源對象的要求。直讀光譜儀分析的誤差，主要來源于光源部分，因此，光源的選擇十分重要。在選于光源部分，因此，光源的選擇十分重要。在選擇光源時應(yīng)盡量滿足下列擇光源時應(yīng)盡量滿足下列要求要求：（1）高靈敏度，隨著樣品中元素濃度微小的變高靈敏度，隨著樣品中元素濃度微小的變化，其檢出信號有較大的變化；化，其檢出信號有較大的變化；（2）低檢出限，能對微量及痕量成分進(jìn)行檢測；低檢出限，能對微量及痕量成分進(jìn)行檢測；（3）良好的穩(wěn)定性，試樣能穩(wěn)定地蒸發(fā)、原子良好的穩(wěn)定性，試樣能穩(wěn)定地蒸發(fā)、原子化和激發(fā)，使結(jié)果具有較高的精密度；化和激發(fā)，使結(jié)果具有較高的精密度；（

18、4）譜線強(qiáng)度與背景強(qiáng)度之比大（信噪比大）；譜線強(qiáng)度與背景強(qiáng)度之比大（信噪比大）；（5）分析速度快，預(yù)燃時間短；分析速度快，預(yù)燃時間短；（6）構(gòu)造簡單，安全、易操作；構(gòu)造簡單，安全、易操作；（7）自吸收效應(yīng)小，校準(zhǔn)曲線的線性范圍寬；自吸收效應(yīng)小，校準(zhǔn)曲線的線性范圍寬； 2.3.2 2.3.2 直流電弧直流電弧 以直流電作為激發(fā)能源，電壓以直流電作為激發(fā)能源，電壓150 380V，電流電流5 30A；兩支石墨電極，試樣放置在一支；兩支石墨電極，試樣放置在一支電極電極(下電極下電極)的凹槽內(nèi)；使分析間隙的兩電極接的凹槽內(nèi)；使分析間隙的兩電極接觸或用導(dǎo)體接觸兩電極，通電，電極尖端被燒熱觸或用導(dǎo)體接觸兩

19、電極，通電，電極尖端被燒熱，點(diǎn)燃電弧，再使電極相距，點(diǎn)燃電弧，再使電極相距4 6mm；2.3.2.1 直流電弧的特點(diǎn)：直流電弧的特點(diǎn)：（1）試樣的蒸發(fā)量大，檢出限好，尤其采用試樣的蒸發(fā)量大，檢出限好，尤其采用 大電流和控制氣氛時，可以分析痕量元素。大電流和控制氣氛時，可以分析痕量元素。（2）樣品的組織結(jié)構(gòu)影響較小。樣品的組織結(jié)構(gòu)影響較小。（3）譜線亮度強(qiáng)，預(yù)燃時間短，有利于提高分譜線亮度強(qiáng)，預(yù)燃時間短，有利于提高分 析速度及難揮發(fā)元素的測定。析速度及難揮發(fā)元素的測定。（4）樣品可以以塊狀、棒狀、絲狀的金屬形式樣品可以以塊狀、棒狀、絲狀的金屬形式 進(jìn)行分析。進(jìn)行分析。（5）由于是自持的連續(xù)放電，

20、放電時弧柱中的由于是自持的連續(xù)放電，放電時弧柱中的 電流密度幾乎不變，因而基本沒有空氣光電流密度幾乎不變，因而基本沒有空氣光 譜帶的產(chǎn)生。譜帶的產(chǎn)生。（6）設(shè)備簡單，安全、操作容易。設(shè)備簡單，安全、操作容易。 2.3.2.2 2.3.2.2 直流電弧的缺點(diǎn)直流電弧的缺點(diǎn)(1)由于是自持連續(xù)放電，放電時，弧焰直徑由于是自持連續(xù)放電，放電時，弧焰直徑 較大，放電時弧光晃動游移，電極的燒損較大，放電時弧光晃動游移，電極的燒損 使極距發(fā)生變化，釋放電的穩(wěn)定性較差。使極距發(fā)生變化，釋放電的穩(wěn)定性較差。(2)電極的溫度高，樣品損傷較大，一般不適電極的溫度高，樣品損傷較大，一般不適 于低熔點(diǎn)的輕金屬材料分析

21、。于低熔點(diǎn)的輕金屬材料分析。(3)放電時，氣態(tài)分析物原子密度較大，易產(chǎn)放電時，氣態(tài)分析物原子密度較大，易產(chǎn) 生自吸收效應(yīng)，使線性范圍變小。生自吸收效應(yīng)，使線性范圍變小。2.3.32.3.3交流電弧交流電弧 將普通的將普通的220V220V交流電直接連接在兩個電極交流電直接連接在兩個電極間是不可能形成弧焰的。這是因?yàn)殡姌O間沒有間是不可能形成弧焰的。這是因?yàn)殡姌O間沒有導(dǎo)電的電子和離子，可以采用導(dǎo)電的電子和離子，可以采用高頻高壓引火裝高頻高壓引火裝置置。此時，借助高頻高壓電流，不斷地。此時，借助高頻高壓電流，不斷地“擊穿擊穿”電極間的氣體，造成電離，維持導(dǎo)電。在電極間的氣體，造成電離，維持導(dǎo)電。在這

22、種這種情況下，低頻低壓交流電就能不斷地流過，維情況下，低頻低壓交流電就能不斷地流過，維持電弧的燃燒。這種高頻高壓引火、低頻低壓持電弧的燃燒。這種高頻高壓引火、低頻低壓燃弧的裝置就是普通的交流電弧。燃弧的裝置就是普通的交流電弧。工作原理工作原理（1）接通電源，由變壓器）接通電源，由變壓器B1升壓至升壓至2.53kV，電容器電容器C1充電；達(dá)到一定值時，放電盤充電；達(dá)到一定值時，放電盤G1擊穿；擊穿；G1-C1-L1構(gòu)成振蕩回路，產(chǎn)生高頻振蕩；構(gòu)成振蕩回路，產(chǎn)生高頻振蕩；（2）振蕩電壓經(jīng)）振蕩電壓經(jīng)B2的次級線圈升壓到的次級線圈升壓到10kV，通，通過電容器過電容器C2將電極間隙將電極間隙G的空氣

23、擊穿，產(chǎn)生高頻的空氣擊穿，產(chǎn)生高頻振蕩放電；振蕩放電；（3）當(dāng)）當(dāng)G被擊穿時，電源的低壓部分沿著已造成被擊穿時，電源的低壓部分沿著已造成的電離氣體通道，通過的電離氣體通道，通過G進(jìn)行電弧放電；進(jìn)行電弧放電；（4）在放電的短暫瞬間，電壓降低直至電弧熄）在放電的短暫瞬間，電壓降低直至電弧熄滅，在下半周高頻再次點(diǎn)燃，重復(fù)進(jìn)行；滅，在下半周高頻再次點(diǎn)燃，重復(fù)進(jìn)行；特點(diǎn)特點(diǎn)（1）電極頭溫度高，試樣蒸發(fā)量大）電極頭溫度高，試樣蒸發(fā)量大 ，激發(fā)能力強(qiáng)；，激發(fā)能力強(qiáng)；（2）檢出限好、亮度大、預(yù)燃時間短、試樣組織）檢出限好、亮度大、預(yù)燃時間短、試樣組織結(jié)構(gòu)影響??；結(jié)構(gòu)影響?。唬?）電弧穩(wěn)定性好，使分析重現(xiàn)性好，

24、適用于金）電弧穩(wěn)定性好，使分析重現(xiàn)性好，適用于金屬合金中微量易揮發(fā)元素的定量分析。屬合金中微量易揮發(fā)元素的定量分析。2.3.4 2.3.4 火花光源火花光源火花放電火花放電是一種電極間不連續(xù)氣體放電，是一種是一種電極間不連續(xù)氣體放電，是一種電容放電。目前使用的火花放電有兩類：一類是電容放電。目前使用的火花放電有兩類：一類是12000V和較小電容量的高壓火花光源；另一類和較小電容量的高壓火花光源；另一類是采用較低電壓（是采用較低電壓（220-2000V)及較大電容的低壓及較大電容的低壓火花光源。火花光源。 高壓電火花通常使用高壓電火花通常使用10000V10000V以上的高壓交以上的高壓交流電，

25、通過間隙放電，產(chǎn)生電火花。流電，通過間隙放電，產(chǎn)生電火花。 電源電壓經(jīng)過可調(diào)電阻后進(jìn)入升壓變壓器的電源電壓經(jīng)過可調(diào)電阻后進(jìn)入升壓變壓器的初級線圈，使初級線圈上產(chǎn)生初級線圈，使初級線圈上產(chǎn)生10000V10000V以上的高以上的高電壓，并向電容器充電。當(dāng)電容器兩極間的電壓電壓，并向電容器充電。當(dāng)電容器兩極間的電壓升高到分析間隙的擊穿電壓時儲存在電容器中的升高到分析間隙的擊穿電壓時儲存在電容器中的電能立即向分析間隙放電，產(chǎn)生電火花。由于高電能立即向分析間隙放電，產(chǎn)生電火花。由于高壓火花放電時間極短，故在這一瞬間內(nèi)通過分析壓火花放電時間極短，故在這一瞬間內(nèi)通過分析間隙的電流密度很大（高達(dá)間隙的電流密

26、度很大（高達(dá)10000 10000 50000A/50000A/cmcm2 2，因此弧焰瞬間溫度很高，可達(dá)，因此弧焰瞬間溫度很高，可達(dá)10000K10000K以上，故激發(fā)能量大，可激發(fā)電離電位以上，故激發(fā)能量大，可激發(fā)電離電位高的元素。高的元素。 由于電火花是以間隙方式進(jìn)行工作的，平均由于電火花是以間隙方式進(jìn)行工作的，平均電流密度并不高，所以電極頭溫度較低，且弧焰電流密度并不高，所以電極頭溫度較低，且弧焰半徑較小。這種光源主要用于易熔金屬合金試樣半徑較小。這種光源主要用于易熔金屬合金試樣的分析及高含量元素的定量分析。的分析及高含量元素的定量分析。2.3.4.1 高壓火花光源高壓火花光源（1）交

27、流電壓經(jīng)變壓器）交流電壓經(jīng)變壓器T后，產(chǎn)生后，產(chǎn)生1025kV的高的高壓，然后通過扼流圈壓，然后通過扼流圈D向電容器向電容器C充電，達(dá)到充電，達(dá)到G的的擊穿電壓時，通過電感擊穿電壓時，通過電感L向向G放電，產(chǎn)生振蕩性的放電，產(chǎn)生振蕩性的火花放電；火花放電；（2）轉(zhuǎn)動續(xù)斷器）轉(zhuǎn)動續(xù)斷器M，2, 3為鎢電極，每轉(zhuǎn)動為鎢電極，每轉(zhuǎn)動180度度，對接一次，轉(zhuǎn)動頻率，對接一次，轉(zhuǎn)動頻率(50轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/s)，接通，接通100次次/s，保證每半周電流最大值瞬間放電一次；保證每半周電流最大值瞬間放電一次；高壓火花的特點(diǎn)高壓火花的特點(diǎn)（1）放電瞬間能量很大，產(chǎn)生的溫度高，激發(fā)）放電瞬間能量很大，產(chǎn)生的溫度高，激發(fā)能

28、力強(qiáng)，某些難激發(fā)元素可被激發(fā)，且多為離能力強(qiáng)，某些難激發(fā)元素可被激發(fā)，且多為離子線；子線；（2）放電間隔長，使得電極溫度低，蒸發(fā)能力）放電間隔長，使得電極溫度低，蒸發(fā)能力稍低，適于低熔點(diǎn)金屬與合金的分析；稍低，適于低熔點(diǎn)金屬與合金的分析；（3）穩(wěn)定性好，重現(xiàn)性好，適用定量分析；）穩(wěn)定性好，重現(xiàn)性好，適用定量分析；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1）靈敏度較差，但可做較高含量的分析；）靈敏度較差，但可做較高含量的分析；（2）噪音較大；）噪音較大；2.3.3.1.1 高能預(yù)火花光源組成高能預(yù)火花光源組成 高能預(yù)火花光源又稱多級光譜激發(fā)光源，它高能預(yù)火花光源又稱多級光譜激發(fā)光源，它是一種電壓不高（是一種電壓不高（95

29、0V），但電流上升速度很快），但電流上升速度很快（約（約2微秒）的電容放電光源，也是一種新型的中微秒）的電容放電光源，也是一種新型的中壓火花光源。這種光源由計(jì)算機(jī)控制的控制電路、壓火花光源。這種光源由計(jì)算機(jī)控制的控制電路、放電回路和引燃回路三部分組成。其引燃回路采放電回路和引燃回路三部分組成。其引燃回路采用單結(jié)點(diǎn)晶體管來觸發(fā)可控硅，產(chǎn)生高脈沖來引用單結(jié)點(diǎn)晶體管來觸發(fā)可控硅，產(chǎn)生高脈沖來引燃分析間隙，光源的工作頻率最高可達(dá)燃分析間隙，光源的工作頻率最高可達(dá)1000Hz。2.3.3.1.2 高能預(yù)火花光源的主要特點(diǎn)高能預(yù)火花光源的主要特點(diǎn)放電時放電電流和放電能量受線路中電容控制，放電時放電電流和放

30、電能量受線路中電容控制，在預(yù)燃時接入大電容，產(chǎn)生高能預(yù)火花放電，由在預(yù)燃時接入大電容，產(chǎn)生高能預(yù)火花放電，由于放電能量大，可對一些難激發(fā)樣品進(jìn)行預(yù)處理，于放電能量大，可對一些難激發(fā)樣品進(jìn)行預(yù)處理，使試樣表面更好地局部均勻化，從而消除由于組使試樣表面更好地局部均勻化，從而消除由于組織結(jié)構(gòu)的不同對分析結(jié)果帶來的影響；在曝光時織結(jié)構(gòu)的不同對分析結(jié)果帶來的影響；在曝光時接入小電容，使放電周期平穩(wěn)，有利于提高分析接入小電容，使放電周期平穩(wěn)，有利于提高分析結(jié)果的重現(xiàn)性。結(jié)果的重現(xiàn)性。2.3.4.2 火花放電的預(yù)燃效應(yīng)火花放電的預(yù)燃效應(yīng) 金屬和合金的光譜分析，在火花光源的作用金屬和合金的光譜分析，在火花光源

31、的作用下，物質(zhì)由固態(tài)到氣態(tài)是一個非常復(fù)雜的過程，下，物質(zhì)由固態(tài)到氣態(tài)是一個非常復(fù)雜的過程，這種過程表現(xiàn)在試樣中各元素的譜線強(qiáng)度并不在這種過程表現(xiàn)在試樣中各元素的譜線強(qiáng)度并不在試樣一經(jīng)激發(fā)后立刻達(dá)到一個穩(wěn)定不變的強(qiáng)度，試樣一經(jīng)激發(fā)后立刻達(dá)到一個穩(wěn)定不變的強(qiáng)度，而是必須經(jīng)過一段時間后才能趨于穩(wěn)定。這是由而是必須經(jīng)過一段時間后才能趨于穩(wěn)定。這是由于試樣表面各成分在放電時進(jìn)入分析間隙的程度于試樣表面各成分在放電時進(jìn)入分析間隙的程度隨著放電時間而發(fā)生變化。因此，在光譜定量分隨著放電時間而發(fā)生變化。因此，在光譜定量分析時，必須等待分析元素的譜線強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定后析時，必須等待分析元素的譜線強(qiáng)度達(dá)到穩(wěn)定后才開始

32、曝光，這樣才能保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。才開始曝光，這樣才能保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。從光源引燃到開始曝光這段時間稱為預(yù)燃時間。從光源引燃到開始曝光這段時間稱為預(yù)燃時間。 對不同的試樣在不同的光源下，其預(yù)燃時間對不同的試樣在不同的光源下，其預(yù)燃時間是不一樣的，這主要取決于試樣在火花放電時的是不一樣的，這主要取決于試樣在火花放電時的蒸發(fā)程度，它不僅與光源的能量、放電氣氛密切蒸發(fā)程度，它不僅與光源的能量、放電氣氛密切有關(guān)外，還與試樣的組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、夾雜物的有關(guān)外，還與試樣的組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、夾雜物的種類、大小等密切有關(guān)。種類、大小等密切有關(guān)。2.3.4.2.1 金屬和合金的火花放電金屬和合金的火花放電 金

33、屬和合金的火花放電是一個極其復(fù)雜的物金屬和合金的火花放電是一個極其復(fù)雜的物理和物理化學(xué)過程。在放電條件下，金屬的電極理和物理化學(xué)過程。在放電條件下，金屬的電極表面會產(chǎn)生一系列的綜合過程：電侵蝕，金屬和表面會產(chǎn)生一系列的綜合過程：電侵蝕，金屬和電極間隙存在的氣體（氧、氮、氬）的相互作用，電極間隙存在的氣體（氧、氮、氬）的相互作用，以及由于元素的遷移、結(jié)構(gòu)和相變引起的擴(kuò)散現(xiàn)以及由于元素的遷移、結(jié)構(gòu)和相變引起的擴(kuò)散現(xiàn)象等。象等。 火花放電時，金屬電極局部表面層的電侵蝕火花放電時，金屬電極局部表面層的電侵蝕是由于在電極上產(chǎn)生熱的影響、電極間隙中流體是由于在電極上產(chǎn)生熱的影響、電極間隙中流體動力學(xué)的影響

34、以及熱力學(xué)的影響所引起的。試樣動力學(xué)的影響以及熱力學(xué)的影響所引起的。試樣表面被侵蝕的量取決于光源的能量。提高光源的表面被侵蝕的量取決于光源的能量。提高光源的分析間隙的電壓，使用大電流，增加放電脈沖次分析間隙的電壓，使用大電流，增加放電脈沖次數(shù)及持續(xù)時間，均可提高試樣表面的蒸發(fā)溫度，數(shù)及持續(xù)時間，均可提高試樣表面的蒸發(fā)溫度，使試樣局部熔融及蒸發(fā)，增大侵蝕量。另外試樣使試樣局部熔融及蒸發(fā)，增大侵蝕量。另外試樣物質(zhì)的被侵蝕量與電極表面成分的熔點(diǎn)及導(dǎo)熱性物質(zhì)的被侵蝕量與電極表面成分的熔點(diǎn)及導(dǎo)熱性密切有關(guān)，而這一切又取決于試樣的組分及其結(jié)密切有關(guān)，而這一切又取決于試樣的組分及其結(jié)構(gòu)和分布狀態(tài)。構(gòu)和分布狀

35、態(tài)。2.3.4.2.2 試樣組成結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響試樣組成結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響 試樣中大多數(shù)金屬元素都是以互相化合及相試樣中大多數(shù)金屬元素都是以互相化合及相互熔融的形式存在，而且由于熱處理方式，如淬互熔融的形式存在，而且由于熱處理方式，如淬火、退火、鍛壓、澆注以及冶煉等的過程不同，火、退火、鍛壓、澆注以及冶煉等的過程不同，均會使它們原子與原子間的晶格排列發(fā)生變化，均會使它們原子與原子間的晶格排列發(fā)生變化，不同的晶格其鍵的結(jié)合能發(fā)生差異，會影響其熔不同的晶格其鍵的結(jié)合能發(fā)生差異，會影響其熔點(diǎn)及導(dǎo)熱性，改變其被光源侵蝕的程度。點(diǎn)及導(dǎo)熱性，改變其被光源侵蝕的程度。 對于由于組織結(jié)構(gòu)不同引起的影響，在光譜對于由

36、于組織結(jié)構(gòu)不同引起的影響，在光譜分析時應(yīng)嚴(yán)格控制試樣的熱處理狀態(tài)，使試樣的分析時應(yīng)嚴(yán)格控制試樣的熱處理狀態(tài)，使試樣的結(jié)構(gòu)保持一致；采用高速高能或高能預(yù)火花光源，結(jié)構(gòu)保持一致；采用高速高能或高能預(yù)火花光源，由于這類光源的能量大、電蝕作用大，在較短時由于這類光源的能量大、電蝕作用大，在較短時間使樣品表面局部熔融及均勻化，可以消除或減間使樣品表面局部熔融及均勻化，可以消除或減少試樣表面結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)的影響；其次適當(dāng)延長少試樣表面結(jié)晶組織結(jié)構(gòu)的影響；其次適當(dāng)延長預(yù)燃時間也減少結(jié)晶組織的影響。預(yù)燃時間也減少結(jié)晶組織的影響。2.3.4.3 控制氣氛的應(yīng)用控制氣氛的應(yīng)用 在光譜分析時，氣氛的存在很大程度上影響

37、在光譜分析時，氣氛的存在很大程度上影響光譜的放電特性，從而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確度和光譜的放電特性，從而影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確度和檢測限。在冶金工業(yè)對鋼鐵和合金的光譜分析中，檢測限。在冶金工業(yè)對鋼鐵和合金的光譜分析中，惰性氣體控制氣氛的使用會取得較好的效果。惰性氣體控制氣氛的使用會取得較好的效果。 當(dāng)樣品在氬氣中激發(fā)時，由于取代了空氣中當(dāng)樣品在氬氣中激發(fā)時，由于取代了空氣中的氧和氮，防止了樣品在激發(fā)過程中選擇性氧化，的氧和氮，防止了樣品在激發(fā)過程中選擇性氧化，使放電狀態(tài)穩(wěn)定，有利于提高光譜分析的精密度。使放電狀態(tài)穩(wěn)定，有利于提高光譜分析的精密度。同時減小了同時減小了CN、CO、NO等分子的帶狀光譜，等

38、分子的帶狀光譜，降低了背景，增加了譜線的強(qiáng)度；另外，由于氧降低了背景，增加了譜線的強(qiáng)度；另外，由于氧對對140-195nm波長的光譜區(qū)域有強(qiáng)烈的吸收，當(dāng)波長的光譜區(qū)域有強(qiáng)烈的吸收，當(dāng)使用氬控制氣氛時，由于排除了氧的存在，使得使用氬控制氣氛時，由于排除了氧的存在，使得這儀波段的這儀波段的C、P、S和和B、As、Se、Sn、N等的等的靈敏線可被利用，擴(kuò)大了光譜分析的領(lǐng)域。靈敏線可被利用，擴(kuò)大了光譜分析的領(lǐng)域。2.4 2.4 直讀光譜儀的色散系統(tǒng)直讀光譜儀的色散系統(tǒng)2.4.1 色散系統(tǒng)的作用色散系統(tǒng)的作用作用：將各種波長的復(fù)合光按波長順序區(qū)分開作用：將各種波長的復(fù)合光按波長順序區(qū)分開來。來。2.4.

39、2 光柵及其色散原理光柵及其色散原理2.4.2.1 光柵的種類光柵的種類 光柵光柵是在一個光學(xué)平面或凹面上的許多等是在一個光學(xué)平面或凹面上的許多等距等寬相互平行的狹縫（或刻槽），如果光線距等寬相互平行的狹縫（或刻槽），如果光線通過這些狹縫產(chǎn)生衍射和干涉現(xiàn)象，這一類光通過這些狹縫產(chǎn)生衍射和干涉現(xiàn)象，這一類光柵稱為柵稱為透射光柵透射光柵；如果光線從一個鍍有金屬的；如果光線從一個鍍有金屬的光學(xué)表面的刻槽上反射產(chǎn)生衍射和干涉現(xiàn)象，光學(xué)表面的刻槽上反射產(chǎn)生衍射和干涉現(xiàn)象，這一類光柵成為這一類光柵成為反射光柵反射光柵。在直讀光譜儀中用。在直讀光譜儀中用的光柵均屬反射光柵。的光柵均屬反射光柵。 按光柵按光柵

40、刻制刻制的方式不同：可劃分機(jī)刻光柵的方式不同：可劃分機(jī)刻光柵和全息光柵；和全息光柵； 按光學(xué)按光學(xué)平面平面的形狀不同：可劃分為平面光的形狀不同：可劃分為平面光柵和凹面光柵；柵和凹面光柵；2.4.2.2 2.4.2.2 光柵衍射和衍射方程式光柵衍射和衍射方程式光柵衍射方程：光柵衍射方程：m=d(sinsin) 式中：式中：m=0、1、2、3n為衍為衍 射光譜級次；射光譜級次； 為波長；為波長； 為入射角；為入射角； 為衍射角；為衍射角； d為光柵常數(shù)；為光柵常數(shù)； “-”號號表示入射角和衍射角在光柵法線的表示入射角和衍射角在光柵法線的異側(cè)；異側(cè)； 從光柵方程式可知，在光柵常數(shù)從光柵方程式可知，在

41、光柵常數(shù)d 和入射角和入射角固定時，在衍射方向上，每一不同的衍射角固定時，在衍射方向上，每一不同的衍射角有有其相對應(yīng)的其相對應(yīng)的m值，這就是光柵色散的原理。值，這就是光柵色散的原理。反射光柵的衍射反射光柵的衍射d(sin+cos)= m2.4.3 2.4.3 平面光柵裝置平面光柵裝置 光柵裝置是指將入射狹縫、準(zhǔn)光鏡、光柵、光柵裝置是指將入射狹縫、準(zhǔn)光鏡、光柵、成像物鏡和出射狹縫等部件裝置成光譜儀的形式。成像物鏡和出射狹縫等部件裝置成光譜儀的形式。2.4.3.1 垂直對稱式裝置垂直對稱式裝置這種裝置又稱艾伯特這種裝置又稱艾伯特-法斯提（法斯提（Ebert-Fastic）裝）裝置，是平面光柵光譜儀

42、常用的裝置。置，是平面光柵光譜儀常用的裝置。 艾波特平面光柵裝置艾波特平面光柵裝置2.4.3.2 水平對稱式裝置水平對稱式裝置這種裝置又稱卻爾尼這種裝置又稱卻爾尼-特爾納（特爾納（Czerny-Turner）裝置，主要應(yīng)用于單道掃描的平面光柵光譜儀上裝置，主要應(yīng)用于單道掃描的平面光柵光譜儀上切爾尼切爾尼-特納分光系統(tǒng)特納分光系統(tǒng)2.4.4 2.4.4 凹面光柵裝置凹面光柵裝置2.4.4.1 凹面光柵理論的提出凹面光柵理論的提出 凹面光柵光路圖凹面光柵光路圖2.4.4.2 羅蘭裝置羅蘭裝置2.4.4.3 帕邢帕邢龍格裝置龍格裝置2.4.5 2.4.5 光柵光譜儀的主要性能光柵光譜儀的主要性能2.

43、4.5.1 色散率色散率色散率：色散率：光譜在空間按波長分離的程度稱為色光譜在空間按波長分離的程度稱為色散率，其表示方法有角色散率（散率，其表示方法有角色散率（d/d）和線色）和線色散率散率(dl/ d)兩種，通常以線色散率的倒數(shù)兩種，通常以線色散率的倒數(shù)d/ dl表示儀器的色散能力，其單位為表示儀器的色散能力，其單位為nm/mm。角色散率角色散率：d/d= m/（dcos）線色散率線色散率：1) 垂直平面光柵裝置垂直平面光柵裝置Dl=mf/dcosm-為衍射光譜級次；為衍射光譜級次； d-為光柵常數(shù)；為光柵常數(shù)；-為為衍射角；衍射角；f-為平面光柵光譜儀的成像物鏡焦距為平面光柵光譜儀的成像物

44、鏡焦距2) 凹面光柵裝置凹面光柵裝置 Dl=mR/dcos m-為衍射光譜級次；為衍射光譜級次； d-為光柵常數(shù)；為光柵常數(shù)；-為為衍射角；衍射角；R-為羅蘭圓直徑；為羅蘭圓直徑；2.4.5.2 2.4.5.2 分辨率分辨率分辨率：分辨率：光譜儀的分辨率是指光譜儀的光學(xué)光譜儀的分辨率是指光譜儀的光學(xué)系統(tǒng)能夠正確分辨出緊鄰兩條譜線的能力，系統(tǒng)能夠正確分辨出緊鄰兩條譜線的能力，一般常用兩條可以分辨開的光譜線的波長的一般常用兩條可以分辨開的光譜線的波長的平均值平均值與其波長差與其波長差之比來表示，即之比來表示，即R=/光柵的理論分辨率，在自準(zhǔn)的條件下（入射角光柵的理論分辨率，在自準(zhǔn)的條件下（入射角=

45、衍射角衍射角）可用下式表示：）可用下式表示： R=/=2Ndsin/=mN式中：式中：N-為光柵刻線總數(shù)；為光柵刻線總數(shù)； d-為光柵常數(shù)；為光柵常數(shù)； m-為衍射光譜級次；為衍射光譜級次； W=Nd為光柵寬度；為光柵寬度；2.4.5.3 2.4.5.3 光柵鬼線光柵鬼線 理想的光柵的刻線應(yīng)是直的，相互平行及等距，理想的光柵的刻線應(yīng)是直的，相互平行及等距，形狀和刻線的深淺應(yīng)是一致的。但機(jī)械刻制的光形狀和刻線的深淺應(yīng)是一致的。但機(jī)械刻制的光柵，由于光柵常數(shù)周期性的變化誤差，產(chǎn)生了在柵，由于光柵常數(shù)周期性的變化誤差，產(chǎn)生了在母線兩邊對稱排列的偽線，又稱鬼線。這種鬼線母線兩邊對稱排列的偽線，又稱鬼線

46、。這種鬼線是克溫克在是克溫克在18791879年發(fā)現(xiàn)的，但偽線的理論是羅蘭年發(fā)現(xiàn)的，但偽線的理論是羅蘭建立起來的，所以又稱羅蘭鬼線。建立起來的，所以又稱羅蘭鬼線。2.4.6 2.4.6 全息光柵全息光柵2.4.6.1 全息光柵的定義全息光柵的定義 全息光柵全息光柵：采用激光干涉照相法制作的：采用激光干涉照相法制作的 衍射光衍射光 柵稱為全息光柵。柵稱為全息光柵。2.4.6.2 全息光柵的特點(diǎn)：全息光柵的特點(diǎn)：（1）無鬼線，雜散光?。粺o鬼線，雜散光小；（2）衍射效率較低，全息光柵的槽形通常為近衍射效率較低，全息光柵的槽形通常為近 似的正弦波形，這種刻槽不具備閃耀條件，似的正弦波形，這種刻槽不具備

47、閃耀條件， 沒有明顯的閃耀特性。沒有明顯的閃耀特性。（3）分辨率高。由于全息技術(shù)使光柵刻線總數(shù)分辨率高。由于全息技術(shù)使光柵刻線總數(shù) 大幅度增加，因此色散率、分辨率也大幅大幅度增加，因此色散率、分辨率也大幅 度得到提高。度得到提高。2.4.7 2.4.7 光柵的誤差光柵的誤差 在刻制光柵時，要求每條刻線必須很直，各在刻制光柵時，要求每條刻線必須很直，各刻線間嚴(yán)格地相互平行與等距，刻槽的幾何形狀刻線間嚴(yán)格地相互平行與等距，刻槽的幾何形狀必須完全一致。盡管光柵刻劃機(jī)屬精密機(jī)械之王，必須完全一致。盡管光柵刻劃機(jī)屬精密機(jī)械之王，并在相當(dāng)嚴(yán)格的環(huán)境下工作，但仍然不可避免地并在相當(dāng)嚴(yán)格的環(huán)境下工作，但仍然不

48、可避免地存在存在機(jī)械誤差機(jī)械誤差，因而在機(jī)刻光柵的譜線中會出現(xiàn)，因而在機(jī)刻光柵的譜線中會出現(xiàn)一些不真實(shí)的譜線成為鬼線或伴線。平面光柵都一些不真實(shí)的譜線成為鬼線或伴線。平面光柵都是機(jī)刻光柵（母光柵）復(fù)制而成，因而鬼線的出是機(jī)刻光柵（母光柵）復(fù)制而成，因而鬼線的出現(xiàn)是這種光柵不可避免的缺陷?，F(xiàn)是這種光柵不可避免的缺陷。2.5 光譜儀的接收系統(tǒng)光譜儀的接收系統(tǒng) 光譜儀的接收系統(tǒng)主要包括光譜儀的接收系統(tǒng)主要包括光電轉(zhuǎn)換器件、光電轉(zhuǎn)換器件、積分器、控制系統(tǒng)和放大記錄系統(tǒng)積分器、控制系統(tǒng)和放大記錄系統(tǒng)等幾個部分，等幾個部分，其作用是在光譜儀色散系統(tǒng)的焦面上安置一系列其作用是在光譜儀色散系統(tǒng)的焦面上安置一系

49、列出射狹縫或能夠移動的單一的出射狹縫，選取待出射狹縫或能夠移動的單一的出射狹縫，選取待測的譜線引入到光電轉(zhuǎn)換器件上，將分析元素譜測的譜線引入到光電轉(zhuǎn)換器件上，將分析元素譜線的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光電流的信號，然后向積分電容線的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為光電流的信號，然后向積分電容器充電，曝光終止時，在電容器上充電達(dá)到的電器充電，曝光終止時，在電容器上充電達(dá)到的電壓壓V與接收到譜線強(qiáng)度與接收到譜線強(qiáng)度I成正比，此信號可由計(jì)算成正比，此信號可由計(jì)算機(jī)通過放大、積分，在計(jì)數(shù)器或打印機(jī)上顯示分機(jī)通過放大、積分，在計(jì)數(shù)器或打印機(jī)上顯示分析結(jié)果。析結(jié)果。2.5.1.1 光電轉(zhuǎn)換器件的作用光電轉(zhuǎn)換器件的作用 光電轉(zhuǎn)換器件是光譜儀接收

50、系統(tǒng)的核心分，光電轉(zhuǎn)換器件是光譜儀接收系統(tǒng)的核心分，主是利用光電效應(yīng)將不同波長的輻射能轉(zhuǎn)化為主是利用光電效應(yīng)將不同波長的輻射能轉(zhuǎn)化為光電流信號。光電流信號。2.5.1.2 光電轉(zhuǎn)換器件的分類：光電轉(zhuǎn)換器件的分類：光電發(fā)射器件，如光電管和光電倍增管；光電發(fā)射器件，如光電管和光電倍增管；半導(dǎo)體光電器件，如固體成像儀等；半導(dǎo)體光電器件，如固體成像儀等；2.5.1 2.5.1 光電轉(zhuǎn)換器件光電轉(zhuǎn)換器件2.5.2 2.5.2 光電倍增管光電倍增管2.5.2.1 光電倍增管的工作原理光電倍增管的工作原理 光電倍增管是一種真空光電器件，它的工作光電倍增管是一種真空光電器件，它的工作原理是建立在光電效應(yīng)、二次

51、電子發(fā)射和電子光原理是建立在光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)的理論基礎(chǔ)上的，它的工作過程是光子入射到學(xué)的理論基礎(chǔ)上的，它的工作過程是光子入射到光電陰極上產(chǎn)生光子，光電子通過電子光學(xué)輸入光電陰極上產(chǎn)生光子，光電子通過電子光學(xué)輸入系統(tǒng)進(jìn)入倍增系統(tǒng)，電子得到倍增，最后陽極把系統(tǒng)進(jìn)入倍增系統(tǒng)，電子得到倍增，最后陽極把電子收集起來形成陽極電流或電壓，它同光電管電子收集起來形成陽極電流或電壓，它同光電管比起來具有非常高的靈敏度。比起來具有非常高的靈敏度。2.5.2.2 光電倍增管的結(jié)構(gòu)光電倍增管的結(jié)構(gòu) 光電倍增管由窗口、光電陰極、電子光學(xué)輸光電倍增管由窗口、光電陰極、電子光學(xué)輸入系統(tǒng)、二次發(fā)射倍增系統(tǒng)和陽

52、極幾部分組成。入系統(tǒng)、二次發(fā)射倍增系統(tǒng)和陽極幾部分組成。 2.5.2.3 光電倍增管的特性光電倍增管的特性 光電倍增管的特性是標(biāo)志光電轉(zhuǎn)換作用的主光電倍增管的特性是標(biāo)志光電轉(zhuǎn)換作用的主要性能，主要是從靈敏度、量子效率、放大倍數(shù)、要性能，主要是從靈敏度、量子效率、放大倍數(shù)、光譜特性曲線、暗電流幾個方面來考慮。光譜特性曲線、暗電流幾個方面來考慮。（1）靈敏度是衡量光電倍增管的一個重要參數(shù)，靈敏度是衡量光電倍增管的一個重要參數(shù)，對光電倍增管應(yīng)分別標(biāo)出它的陰極靈敏度和陽極對光電倍增管應(yīng)分別標(biāo)出它的陰極靈敏度和陽極靈敏度，還進(jìn)一步指出其光照靈敏度、色散靈敏靈敏度，還進(jìn)一步指出其光照靈敏度、色散靈敏度、輻

53、照靈敏度和光譜靈敏度。度、輻照靈敏度和光譜靈敏度。（2）量子效率量子效率 量子效率是指某一固定波長的光子入射到光電量子效率是指某一固定波長的光子入射到光電陰極時，該陰極所發(fā)射的光電子平均數(shù)，又稱量陰極時，該陰極所發(fā)射的光電子平均數(shù)，又稱量子產(chǎn)率，可用下列公式進(jìn)行計(jì)算：子產(chǎn)率，可用下列公式進(jìn)行計(jì)算： Q()=1.23105S()/ 式中：式中：為入射光波長，為入射光波長，nm； S()為該波長的為該波長的光在此光電陰極上的光譜靈敏度；光在此光電陰極上的光譜靈敏度；（3）電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 電流放大系數(shù)，通常又稱增益，是指陽極輸電流放大系數(shù)，通常又稱增益，是指陽極輸出信號電流和陰極光電流之比

54、，即陽極靈敏度和出信號電流和陰極光電流之比，即陽極靈敏度和陰極靈敏度之比，可用下式來表示：陰極靈敏度之比，可用下式來表示： G=Ia/Ic式中：式中：G-為增益即放大倍數(shù)；為增益即放大倍數(shù)； Ia-陽極輸出的信號電流；陽極輸出的信號電流；Ic-陰極光電流；陰極光電流；（4）光譜特性曲線光譜特性曲線 不同型號的光電倍增管，所選用的光電陰極不同型號的光電倍增管，所選用的光電陰極材料和結(jié)構(gòu)不同，窗口材料也不一樣，它們對不材料和結(jié)構(gòu)不同，窗口材料也不一樣，它們對不同的波長光譜靈敏度也不一樣。光譜靈敏度、量同的波長光譜靈敏度也不一樣。光譜靈敏度、量子效率、電流放大倍數(shù)都是對某指定的波長的單子效率、電流放

55、大倍數(shù)都是對某指定的波長的單色光而言，如果知道不同波長單色光照射下的陰色光而言，如果知道不同波長單色光照射下的陰極光譜靈敏度或量子效率，就可以得到光譜靈敏極光譜靈敏度或量子效率，就可以得到光譜靈敏度或量子效率按入射光譜波長的分布曲線，此曲度或量子效率按入射光譜波長的分布曲線，此曲線稱光譜響應(yīng)曲線或光譜特性曲線。因此，在光線稱光譜響應(yīng)曲線或光譜特性曲線。因此，在光譜分析時，應(yīng)根據(jù)分析元素的特征波長來選擇具譜分析時，應(yīng)根據(jù)分析元素的特征波長來選擇具有一定光譜特性的光電倍增管。有一定光譜特性的光電倍增管。（5）暗電流暗電流 暗電流是指光電倍增管處于工作狀態(tài)下，陰暗電流是指光電倍增管處于工作狀態(tài)下，陰

56、極沒有光照射時陽極輸出的電流，這一電流又稱極沒有光照射時陽極輸出的電流，這一電流又稱陽極暗電流。暗電流產(chǎn)生主要原因是由于極間的陽極暗電流。暗電流產(chǎn)生主要原因是由于極間的歐姆漏阻、陰極或其它部歐姆漏阻、陰極或其它部 件的熱電子發(fā)射以及殘件的熱電子發(fā)射以及殘氣體的離子發(fā)射、致場致發(fā)射和玻璃閃爍等引起氣體的離子發(fā)射、致場致發(fā)射和玻璃閃爍等引起的。的。2.5.3 2.5.3 半導(dǎo)體光電器件半導(dǎo)體光電器件2.5.4 2.5.4 固體成像器件固體成像器件2.6 2.6 光譜儀的檢測系統(tǒng)光譜儀的檢測系統(tǒng) 光譜儀的檢測系統(tǒng)是將分光系統(tǒng)產(chǎn)生的分析光譜儀的檢測系統(tǒng)是將分光系統(tǒng)產(chǎn)生的分析元素的譜線強(qiáng)度的信號，通過光

57、電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)化元素的譜線強(qiáng)度的信號，通過光電轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)化為光電流的信號，然后通過積分電容、控制系統(tǒng)、為光電流的信號，然后通過積分電容、控制系統(tǒng)、放大系統(tǒng)等進(jìn)行自動檢測。不同的儀器其檢測系放大系統(tǒng)等進(jìn)行自動檢測。不同的儀器其檢測系統(tǒng)具有不同的類型，但其檢測原理時一樣的。統(tǒng)具有不同的類型，但其檢測原理時一樣的。目前檢測的方法主要有兩類：一類是采用掃描方目前檢測的方法主要有兩類：一類是采用掃描方式；另一類是積分方式，這是目前大多數(shù)光譜儀式；另一類是積分方式，這是目前大多數(shù)光譜儀采用的積分方式。采用的積分方式。2.6.1 掃描方式（略）掃描方式（略）2.6.2 直接測量積分電容上的電壓的方式直接測量積

58、分電容上的電壓的方式2.6.3 放電持續(xù)時間測量法放電持續(xù)時間測量法2.6.4 快速測量法（分段測量法）快速測量法（分段測量法）2.7 2.7 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 光譜分析中的計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，除了通常的計(jì)光譜分析中的計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，除了通常的計(jì)算功能外，更主要的是能對整個分析系統(tǒng)進(jìn)行控算功能外，更主要的是能對整個分析系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。如分析過程中的基線的漂移校正、校制和管理。如分析過程中的基線的漂移校正、校準(zhǔn)工作曲線的繪制、干擾校正、背景扣除、數(shù)據(jù)準(zhǔn)工作曲線的繪制、干擾校正、背景扣除、數(shù)據(jù)的存儲和統(tǒng)計(jì)、分析結(jié)果的顯示、打印和傳輸?shù)鹊拇鎯徒y(tǒng)計(jì)、分析結(jié)果的顯示、打印和傳輸?shù)鹊?，這些功能都是在人機(jī)

59、對話的方式下，由計(jì)算等，這些功能都是在人機(jī)對話的方式下，由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一指揮，由分析系統(tǒng)的各個部分按預(yù)定的順機(jī)統(tǒng)一指揮，由分析系統(tǒng)的各個部分按預(yù)定的順序迅速實(shí)施和完成的。序迅速實(shí)施和完成的。三光譜的定量分析三光譜的定量分析光源中分析物原子光源中分析物原子(離子濃度離子濃度)RTEmmeNKN0譜線強(qiáng)度譜線強(qiáng)度aCIeNKhNIRTEmm0 1 譜線強(qiáng)度與試樣濃度的關(guān)系譜線強(qiáng)度與試樣濃度的關(guān)系 光譜定量分析，主要時根據(jù)光譜樣品中分析元光譜定量分析，主要時根據(jù)光譜樣品中分析元素的譜線強(qiáng)度來確定元素的濃度。元素的譜線強(qiáng)素的譜線強(qiáng)度來確定元素的濃度。元素的譜線強(qiáng)度與該元素在試樣中濃度的相互關(guān)系，可用如下度

60、與該元素在試樣中濃度的相互關(guān)系，可用如下的經(jīng)驗(yàn)公式塞伯的經(jīng)驗(yàn)公式塞伯羅馬金公式來表示：羅馬金公式來表示：I=ACb式中：式中： I-為譜線強(qiáng)度；為譜線強(qiáng)度； A-為與試樣的蒸發(fā)、激發(fā)過程和試為與試樣的蒸發(fā)、激發(fā)過程和試 樣組成等有關(guān)的一個常數(shù)；樣組成等有關(guān)的一個常數(shù)； C-為分析元素的濃度；為分析元素的濃度； b-為常數(shù)，其大小與自吸收有關(guān)；為常數(shù)，其大小與自吸收有關(guān)；考慮到光源中自吸收考慮到光源中自吸收) 1( baCIb2 2 內(nèi)標(biāo)法和分析線對內(nèi)標(biāo)法和分析線對 由于試樣的蒸發(fā)、激發(fā)條件以及試樣組成由于試樣的蒸發(fā)、激發(fā)條件以及試樣組成等的任何變化，使參數(shù)等的任何變化，使參數(shù)A發(fā)生變化，均會直