仪器分析和分析仪器

　　由于Grimm型辉光光源溅射样品非常均匀，可溅 射出一个近于平底的斑痕。这样检测的发射光谱结果， 就代表了瞬时被溅射薄层内的元素含量。逐层均匀地 溅射、逐层均匀地激发，使GDS850A实现了定性定量薄 层分析。最佳薄层分析的范围为10nm至50µm. 表面分析可获得的分辨率达一个原子层。在金属 分析领域中，辉光放电分析是浓度分析和表面分析最 理想的手段。 辉光光谱仪适用于表面渗氮硬化、表面渗碳热处 理、涂（镀）层厚度及化学成分。

　　射到相邻刻槽的平行光①和②，②比①多走了d×sinα,，而射出光栅 后的①和②，①比②多走d×sinβ, 故入射光①和②经光栅衍射后光程差 为d ( sinα－sinβ ). 根据干涉原理，当光程差为波长的整数倍时，干涉的结果强度最大， 因此，有下述方程：

　　中阶梯光栅是由棱镜和 光栅组合的分光器件。 阶梯之间的距离等于波 长的10到200倍。高级次的光 谱有很好的效率。有很高的 色散率和良好的集光本领。 其中的棱形透镜除起聚焦作 用外，还起分级器的作用， 它把不同的级次互相重叠的 光谱分为二维光谱 以热电公司的ICP光谱仪 为例，光栅每毫米刻线度，而其他 光栅每毫米刻线条。

　　仪器分析速度快：例如：DV4光谱仪分析一次仅17秒，PDA光谱 仪器分析速度快 仪分析一次仅12秒。 仪器分析可同时分析多元素：例如：PDA光谱仪同时可分析20～ 仪器分析可同时分析多元素 40个元素；扫描式荧光仪同时可分析的元素更多。 仪器分析由于操作条件一致，减少了人为因素带来的误差。 仪器分析由于操作条件一致 仪器分析的标准物质经常是由化学分析提供，化学分析是仪器分 析的基础和依据。 分析仪器一般价格较贵。 分析仪器一般在固定场所使用，不适合流动使用。

　　电流控制光源（CCS） 它通过控制激发过程的能量来保证最佳的激发电流波形，同时采用时 间分辨光谱技术（TRS），采用TRS可使光源测量时仅接收分析有用的结 果部分。美国热电的ARL4460光谱仪使用此技术使测量结果的准确度、 精度和灵敏度得到保证。 脉冲分布分析技术（PDA） 日本岛津光谱仪的光源，可以根据分析不同材料选择三峰火花、普 通火花、电弧火花等五种方式，每次激发后，可反向放电，不用人工清 扫电极。通过统计激发脉冲按大小频数作分布图，依据数理统计原则确 定脉冲电压的上、下限，取缔限外的脉冲，统计剩下的脉冲分布图的中 位值，作为谱线代表并TRS技术来实现分析精度。 脉冲激发光源（GDS） 德国OBLF公司的光谱仪的光源采用脉冲激发光源，同时单火花脉冲 积分（GISS）技术来开展脉冲宽度和调整激发脉冲及TRS技术来实现提 高分析精度。 现代的光源的放电频率都由100周升为500周，有的可以达到1000周， 提高了激发强度。

　　一 工作原理： 电源经过整流后，仍然是脉动的480VDC直流电。 交流峰值过后，二极管的正端低于负端，通过二极管的电流为零。当负载电 感电流被截止时，向电容器充电。此时，电感的电动势经电容再充电，使电容器 电压约达到950VDC。 在预燃时，950VDC接入7微法电容和300毫亨电感，提供了强大的能量。与此 同步点火板产生30KV的高压，击穿辅助间隙和分析间隙，使火花室氩气电离，主 电路的950VDC、275A电流通过分析间隙，产生火花放电。 在暴光时，接入2微法电容、1亨电感，主电路950VDC，仍然是依靠高压点 2 1 950VDC 火，产生放电电流100A。这就是高能预火花光源。 100A 二 火花光源的性质 ： 1 具有直流电弧放电的灵敏度、交流电弧的稳定性； 2 由电容和电感提供强大能量，由高压点火并控制放电频率 3 一般使用保护气体氩，一般单向放电时样品为负极。 三 参数对功能的影响： 增加放电电压，放电的火花性质增强，有利于难激发元素C、P、S的激发； 一般在300至10000伏。 电容量减少时，单位时间时间的取样量少，减少谱线的自吸收，有利于高含 量试样分析；一般在2至20微法 频率过低，暴光时间长，频率高，为消除电极放电隙的电离需增加氩气流量。 一般在100至400周

　　1 为什么光栅能够分光？ 2 依光源类型不同，化检验中心的原 子发射光谱有哪三种？ 3 使用固定通道的光电倍增管检测器 能够实现全谱分析吗？ 4 写出罗马金公式及其意义。 5 岛津PDA光谱仪为什么设有三时序？ 6 岛津PDA光谱仪有哪几种不同类型 放电方式？ 7 时间分解技术有什么优点？ 8 何谓脉冲分布分析？ 9 光导纤维在光谱仪上哪些方面得到 应用？ 10 CID检测器适用于哪种分光器件？

　　仪器分析的意义 人们为了更好地认识自然、 改造自然，需要一定的工具 来延伸手及眼的功能。分析 仪器的出现为人们提供了不 断深入认识自然的可能性， 也为人们在改造自然的过程 中起者保证作用。 现代化的企业打的是设备 仗。

　　50年代末，美国杜邦公司研究开发实验所的C.M.Albright Jr.曾从物质与能量的作用关系在归纳出比较适用的分析机理为四 大类系，即： a 基于电磁辐射的相互作用机理。我们常用的从γ射线、 X光、紫外、红外到微米波这一段。它的特点是以光的波动性、粒 子性为检测基础；它的分析条件是根据电磁辐射的波长和能量的 变化，可以从外层电子深入是原子内部。并通过各种物质或化合 物对不同电磁辐射能量的激发、吸收、反射、透射或衍射等变量， 较准确地测定它们的成分。 b 基于化学反应的作用机理。利用化学反应势能（热能 或电能）或平衡点作为鉴定物质的成分或物理状态特征。如电导 仪、PH计、滴定仪等。 c 基于受电场及磁场作用的反应。如质谱仪、极谱仪、 核磁共振波谱仪等。 d 受热力或机械能作用。如热导仪、粒度计、浓度计、 密度计等、

　　分辨率：两条刚好能分辨开的光谱谱线波长的半高宽λ与其 波长差之比值，称为分光计的分辨率。

　　光栅能分光是由于光栅上 每个刻槽产生衍射的结果 刻槽间的距离和被分析的 光波长接近或同数量级 由于光的衍射使光经过光 栅后，不同波长的光沿着 不同的方向衍射出去。出 d 射的光线由于干涉原理 加强或减弱，设法获得加 强的单色光，就提高了分光效率。 对于同一波长来说，，例如波长λ和入射角α、衍射 角β关系是研究分光和定性分析的基本参数

　　辉光光谱仪光源在样品表 面处于真空状态下， 面处于真空状态下，提供一个低 压氩气环境（一般5 10乇 压氩气环境（一般5至10乇）。 给样品加负电压（ 给样品加负电压（一般负 800至负1000伏 至负1000 800至负1000伏）样品成为负电 极。 在电场中的氩气电离形成的 氩离子在电场的作用下， 氩离子在电场的作用下，向阴极 加速运动， 加速运动，不断与氩气分子碰撞 产生等离子体， 产生等离子体，且进一步产生氩 离子。 离子。这种等离子体即被称为辉 光放电。 光放电。 一些高速氩离子到达样品表 面，将样品表面物质均匀地溅射 出来。 出来。 被溅射出的物质扩散到辉光 放电等离子体内， 放电等离子体内，被分裂成原子 颗粒， 颗粒，最终被激发 被激发的原子由激发态跃迁 到较低能级时所发出的光是组成 该样品元素的特征光谱。 该样品元素的特征光谱。

　　一般情况下， 荧光光谱仪应用在0.01nm ～ 10 nm范 发射光谱应用在160 ～ 800 nm 范围 气体分析当中：CO2 的吸收波长是

　　1 中心化验室每年发出的二百万个分析数据。其中90% 是由仪器 分析完成； 2 炼铁化验室每年发出的分析数据。其中70% 是由仪器(包括色 谱）分析完成 ； 3 一炼钢、二炼钢、原三炼钢、热轧带钢厂现场化验室全部使用 仪器分析； 4 镀锌线的镀层分析、锌原料、镀锌液全部由仪器分析完成； 5 西区化验室全部使用仪器来完成炼铁、炼钢、连铸全过程分析； 6 硅钢片厂也全部使用仪器完成化学成分的检验。 7 轧辊厂、铸管厂也先后转为仪器分析。

　　试中 d 为光栅刻槽的间距， 单位为 nm α 为入射光线与光栅法线的夹角 单位为 度。 β 为衍射光线与光栅法线的夹角 单位为 度。 λ 为波长，单位为nm 当衍射线和入射线在法线;”号，否则取“－” 号。 对于平面光栅，光路水平对称与光栅两侧，且需要凹面反射镜，而 凹面光栅即起分光作用，又起成象作用，没有吸收，反射光强度也不大， 工作波段比较容易扩展到远紫外区和远红外波段，但其象散较大，谱线 是弯曲的。

　　将欲分析试样引入光源中，给 以外界的能量，首先使其蒸发成气 态原子，并使气态原子激发至高能 态。处于激发态的原子不稳定，要 跃迁至基态或低能态，便产生辐射。 对所产生的辐射经过分光计分光， 观察辨认各特征谱线的存在，就可 对样品进行光谱定性分析，进一步 测量各特征谱线的强度，就可进行 光谱定量分析。

　　火花光谱：简捷、快速；基体干扰大。 辉光光谱：逐层分析；基体干扰小 。 电感耦合等离子体光谱 ：湿法分析；适应微量分析 原子吸收光谱：湿法分析。 多道：试样种类固定，适合大量分析。 单道：能适应生产变化 ，特别是元素种类变化。 红外检测 ：适用于极性分子。 热导检测： 适用非极性分子。

　　为提高光学性能，往往是增大顶角使之趋于60°，或者增加棱镜的 数量，或者提高焦距F，或者增长棱镜的底边。 线色散率 表征着dλ的两个波长的光在摄谱仪焦面上所形成的两条 谱线之间的距离dL，一般以mm/nm表示。

　　化检中心：DV4光谱仪二台、E980光谱仪二台、E983 光谱仪一台、 化检中心 PDA5500光谱仪一台、E984ICP光谱仪一台、GDS850辉光光谱仪一 台，原子吸收光谱仪一台， IRIS-2型ICP光谱仪一台，SPECTRO光 谱仪三台。 一炼钢：E2000光谱仪四台、PDA5500光谱仪一台 一炼钢 二炼钢：E2000光谱仪二台、E1500光谱仪一台 二炼钢 原三炼钢： 原三炼钢 PDA5500光谱仪三台 热轧带钢厂：DV6光谱仪二台 热轧带钢厂 轧辊厂：ARL3460光谱仪一台 轧辊厂 铸管厂：ARL3460光谱仪一台 铸管厂 合计 28台光谱仪 此外，化检中心还有众多的荧光仪、气体分析仪、色谱分析仪 。