全定量直读光谱仪

[align=center][b][color=#cc0000]直读光谱高压火花光源简介[/color][/b][/align][b][color=#cc0000]一、【前言】 直读光谱早期使用的激发光源主要是电弧光源，有直流电弧光源，交流电弧光源，因为火花激发温度高于电弧激发温度，而后发展到火花光源，如高压火花光源，高能预火花光源。随着激发光源技术水平的提高和改良，目前使用最多的激发光源主要还是技术成熟的高能预火花光源。 虽然目前直读光谱应用最多的是高能预火花光源，大家都比较熟悉，而电弧光源及高压火花光源应用的不多，但对于直读光谱激发光源的发展来讲，适当了解电弧光源及高压火花光源是很有必要的，电弧光源相对较为简单，也许大家已较为熟悉了，但对高压火花光源不一定很熟悉。 本文简单介绍一下直读光谱高压火花光源的功能作用、火花产生、基本原理、主要特点及技术要求等，让大家对高压火花光源的有一个初浅的认识。同时以美国热电Jarell-Ash直读光谱高压火花光源为例，就直读光谱的高压火花光源做一个简单的浅析，使大家对高压火花光源有更深的了解，希望能对直读光谱操作员及技术员有一定的帮助。二、【高压火花光源的功能作用】 对于直读光谱而言，由于被检测的样品种类繁多、形状各异、元素对象、浓度、蒸发及激发难易不同，对激发光源的要求也就各不相同。关键所分析的激发光源应能满足各种被分析样品的技术要求。 直读光谱的激发光源是硬件系统中一个极为重要的组成部件，它的作用是给被检测样品提供蒸发、原子化或激发的必要能量。在进行光谱分析时，样品元素的蒸发、原子化和激发过程几乎都是同时进行的，它们之间没有明显的时间界限，这一系列过程均直接影响谱线的发射以及光谱线的激发强度。三、【高压火花的产生】 电源电压经过可调电阻后进入升压变压器的初级线圈，使初级线圈上产生10000V以上的高电压，并向电容器充电。当电容器两极间的电压升高到分析间隙的击穿电压时储存在电容器中的电能立即向分析间隙放电，产生电火花。 由于高压火花放电时间极短，故在这一瞬间内通过分析间隙的电流密度很大（高达10000 ~ 50000A/cm2，因此弧焰瞬间温度很高，可达10000K以上，故激发能量大，可激发电离电位高的元素。 高压火花放电是一种电极间不连续气体放电，是一种电容放电。高压电火花通常使用10000V以上的高压，通过间隙放电，产生电火花。目前使用的高压火花放电是 12000V和较小电容量的高压火花光源。 由于电火花是以间歇方式进行工作的，平均电流密度并不高，所以电极头温度较低，且弧焰半径较小。这种光源主要用于易熔金属合金样品的分析及高含量元素的定量分析。四、【高压火花发生器基本原理】（1）交流电压经R及变压器 T 后，产生10～25kV的高压，然后通过扼流圈 D 向电容器 C 充电，达到 G （分析间隙）的击穿电压时，通过电感 L 向 G[i] [/i]放电，产生振荡性的火花放电。（图1）（2）同步电机转动续断器M，1、2为控制间隙 G1，3、4为控制间隙 G2，2, 3为钨电极，每转动180度，对接一次，转动频率(50转/s)，接通100次/s，保证每半周电流最大值瞬间放电一次。[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000][img=,501,393]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301213442430_2197_1841897_3.jpg!w501x393.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图1 高压火花发生器原理 [/color][/b][/align][b][color=#cc0000]五、【高压火花光源的主要特点】1、高压火花光源的主要优点：（1）放电瞬间能量很大，产生的温度高，激发能力强，某些难激发元素可被激发，且多为离子线。（2）放电间隔长，使得电极温度低，蒸发能力稍低，适于低熔点金属与合金的分析。（3）稳定性好，重现性好，适用定量分析。2、高压火花光源的主要缺点：（1）做较高含量分析没有问题，对低含量分析灵敏度较差。（2）由于高压连续放电易产生多次谐波，噪音和干扰相对较大。六、【高压火花光源的技术要求】 直读光谱的光源部件的选择是十分重要的。在选择直读光谱高压光源时应尽量满足下列要求：（1）高灵敏度，随着样品中元素浓度微小的变化，其检出信号有较大的变化；（2）低检出限，能对微量及痕量成分进行检测；（3）良好的稳定性，样品能稳定地蒸发、原子化和激发，使结果具有较高的精密度；（4）谱线强度与背景强度之比大（信噪比大）；（5）分析速度快，预燃时间短；（6）构造简单，安全、易操作；（7）自吸收效应小，校准曲线的线性范围宽。七、【美国热电Jarell-Ash直读光谱仪高压火花光源简介】 美国热电Jarell-Ash直读光谱仪是我国早期70年代末至80年代初引进的大型金属分析仪器，在冶金行业发挥了较大的作用，与之同时代的直读光谱仪还有美国贝尔德、英国希尔格、法国JY等直读光谱产品。这里简介一下Jarell-Ash直读光谱仪的高压火花光源，供大家分享。图2为美国热电Jarell-Ash直读光谱仪整机外观图，该仪器使用的就是高压火花光源。[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000] [img=,500,383]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301214529640_9061_1841897_3.jpg!w500x383.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图2美国Jarell-Ash直读光谱仪整机外观图[/color][/b][/align][b][color=#cc0000] Jarell-Ash直读光谱仪主要由，真空系统、光学室检测系统，电源及主机控制系统、火花（激发）台系统（图3）、高压火花（激发）光源系统、数据终端处理系统等几大部件组成。[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000][img=,504,384]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301216122560_1350_1841897_3.jpg!w504x384.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图3 Jarell-Ash直读光谱仪火花（激发）台结构图[/color][/b][/align][b][color=#cc0000] 这里主要重点介绍一下Jarell-Ash直读光谱仪的高压火花光源，该高压火花光源是一个独立的电子部件系统，由操作面板各功能选择开关控制（图4）。 [/color][/b][align=center][b][color=#cc0000][img=,500,383]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301216493377_9564_1841897_3.jpg!w500x383.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图4 高压火花光源外观及操作控制面板[/color][/b][/align][b][color=#cc0000] Jarell-Ash直读光谱高压火花光源的电路原理框图见图5。[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000][img=,504,379]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301217169185_2027_1841897_3.jpg!w504x379.jpg[/img] [/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图5 高压火花光源的电路原理框图[/color][/b][/align][b][color=#cc0000] 高压火花光源的高压火花是通过大功率升压变压器（高压升压线圈）直接升压至数千伏以上，经过高压二极管整流，限流电阻限流（图6）输出至样品激发台激发样品。[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000][img=,500,361]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301218009689_5050_1841897_3.jpg!w500x361.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图6 高压火花发生器高压升压线圈，限流电阻，高压二极管等器件[/color][/b][/align][b][color=#cc0000] Jarell-Ash直读光谱高压火花光源升压变压器初级线圈实际电路采用了大功率电子控制器件闸流管（图7），代替了同步转动（断续器）电机。[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000][img=,500,375]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301218408927_4169_1841897_3.jpg!w500x375.jpg[/img] [/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图7 高压火花光源的关键器件闸流管[/color][/b][/align][b][color=#cc0000] 在RLC脉冲发生器触发电路控制作用下（图8），控制闸流管的导通与截止，产生高压高能火花放电，其放电频率最高可达400Hz。[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000][img=,500,349]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301219102087_278_1841897_3.jpg!w500x349.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图8 RLC脉冲发生器触发板闸流管触发控制板[/color][/b][/align][b][color=#cc0000] 高压火花放电时放电电流和放电能量受线路中电感及电容控制（图9），[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000] [img=,500,375]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301220019267_416_1841897_3.jpg!w500x375.jpg[/img][/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图9 高压火花放电电感线圈[/color][/b][/align][b][color=#cc0000] 高压发生器输出的高压由于自身电压很高，放电间隙无需辅助高压引弧，自行产生放电火花，在放电能量作用下，火花台（图10）激发样品表面局部熔融均质化，以此获得发射光谱谱线。[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000][img=,504,379]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301220308039_5032_1841897_3.jpg!w504x379.jpg[/img] [/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图10 Jarell-Ash直读光谱火花台结构[/color][/b][/align][b][color=#cc0000] 由于工作电压较高，在空载状态时，电感电路容易产生高次谐波导致高压过高，因此在工作间隙两端增加了高压保护放电间隙（图11）。[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000][img=,500,389]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301220576105_1327_1841897_3.jpg!w500x389.jpg[/img] [/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图11 高压火花发生器高压保护放电间隙[/color][/b][/align][b][color=#cc0000] 通过功能选择，不同样品的能量通过仪表直观的显示出来（图12），在高能高压火花激发下产生发射光谱，经光学分光系统及电子信号采集检测系统，然后再经电路控制及数据处理，最后得到所要检测的分析结果。[/color][/b][align=center][b][color=#cc0000][img=,500,366]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2019/09/201909301221288377_830_1841897_3.jpg!w500x366.jpg[/img] [/color][/b][/align][align=center][b][color=#cc0000]图12 高压火花光源真空控制，功能选择及能量显示[/color][/b][/align][b][color=#cc0000]八、【小结】 金属和合金的光谱分析，在高压火花光源的作用下，物质由固态到气态是一个非常复杂的过程，这种过程表现在样品中各元素的谱线强度，并不在样品一经激发后立刻达到一个稳定不变的强度，而是必须经过一段时间后才能趋于稳定。这是由于样品中各元素的熔点有差异，表面各成分在放电时进入分析间隙的程度随着放电时间而发生变化。因此，在进行光谱定量分析时，必须等待分析元素的谱线强度达到稳定后的曝光时间才是最佳的，这样才能保证分析结果的准确度。 对不同的样品在不同的光源能量激发下，其曝光时间是不一样的，这主要取决于样品在火花放电时的蒸发程度，它不仅与光源的激发能量、放电气氛密切有关外，还与样品的组成、结构状态、夹杂物的种类、大小等密切相关。 由于高压火花光源的工作电压过高，连续放电产生的干扰较大，放电电流也相对较小温度不足，导致某些高熔点金属检测限及灵敏度不够理想。另外工作电压较高对器件的技术参数也要求较高，高压的不稳定也导致了高压火花光源的故障率较高，维护维修成本也随之较高。因此高压火花光源已基本被目前流行的低压高能预火花光源所替代。虽然高压火花光源已停产，但作为直读光谱技术人员对于了解直读光谱光源的发展历史及基本原理，还是有益无害的。 2019.9.30[/color][/b]

直读光谱的那些事直读光谱的介绍篇1、原子发射光谱仪由哪几部分构成？原子发射光谱仪器一般由激发光源、色散系统和检测系统组成。激发光源——提供试样蒸发，原子化，激发的能量；色散系统——将光源产生的复合光按波长顺序分开；检测系统——检测并记录光谱。根据所检测到的特征谱线的波长和强度来测定物质的元素组成和含量。2、直读光谱仪有哪些种类？直读光谱仪可以有不同的划分方法。根据光栅所处的环境不同，可分为真空型和非真空型直读光谱仪，其中非真空型直读光谱仪又可分为空气型直读光谱仪（无法测定真空紫外波段的C、P、S、As等元素含量）和充惰性气体型直读光谱仪（可以测定真空紫外元素）；根据仪器的结构不同，又可分为多道直读光谱仪和全谱直读光谱仪，其中前者多采用光电倍增管作为检测器，后者多采用阵列检测器（如CCD）。随着CCD技术的不断发展，直读光谱仪开始朝小型化、全谱型方向发展。小型化仪器功耗小，占用空间小且易于维护；全谱直读光谱仪能够获得全波段范围内的光谱，满足多基体分析要求，谱线选择灵活，可以有效扣除光谱干扰，分析更准确，而多道直读光谱仪只能检测有限数量的光谱，很难做到这一点。直读光谱的选择篇1、全谱型光谱仪和多道型光谱仪各有什么特点？全谱型光谱仪具有以下特点：1）全谱检测，能够获得紫外至可见的所有谱线，可根据需求来选择分析谱线，易于实现多基体的分析；2）能根据元素的含量范围和基体种类选择最优的分析谱线，实现更准确的测量；3）易于扩展升级，用户若需增加新基体或新元素的分析，只需添加相应分析程序，无需改变仪器硬件；4）谱线信息丰富，结合扣背景、谱线分离等先进的算法，可以准确扣除各种光谱干扰；5）仪器校准方便快捷，只需通过智能校准算法，即可实现光谱校正，无任何运动部件；多道光谱仪的主要特点：1）多采用PMT检测器，具有噪声低、动态范围大的优点，特别适合高纯金属的分析；2）数据读出速度快，可实现光谱时域解析（TRS）、单火花评估等功能，从而满足酸溶物和夹杂物等特殊分析需求；3）定制化生产，通道选择出厂前已配置完成，升级困难。4）受到PMT体积和安装空间的限制，元素配置的通道有限，在分析不同含量范围和基体种类的样品时，往往采用同一分析谱线，不能实现最佳的分析效果；5）测量的是出缝宽度内的整体光强，这种方法无法消除背景和光谱干扰。2、实现真空紫外波段测量的手段有哪些？在直读光谱仪的实际应用中，如C、P、[si

直读光谱仪是主要通过测量样品被激发时发出代表各元素的特征光谱光（发射光谱）的强度而对样品进行定量分析的仪器。光电直读光谱仪的谱线接收器是由出射狭缝和光电倍增管等组成。每一个接收器可将谱线发射强度的光讯号转变为电讯号，输入到相应的测光读数系统中，最后给出读数。目前无论国内还是国外的光电直读光谱仪，基本可按照功能分为4个模块，即：1、激发系统：任务是通过各种方式使固态样品充分原子化，并放出各元素的发射光谱光。2、光学系统：对激发系统产生出的复杂光信号进行处理（整理、分离、筛选、捕捉）。3、测控系统：测量代表各元素的特征谱线强度，通过各种手段，将谱线的光强信号转化为电脑能够识别的数字电信号。控制整个仪器正常运作4、计算机中的软件数据处理系统：对电脑接收到的各通道的光强数据，进行各种算法运算，得到稳定，准确的样品含量。http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/01/201701191656_646492_1608710_3.jpg◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆列举部分仪器的个别参数，供参考：分析基体：适用于铁、铝、铜、锌、镍、钛、镁、钴等各种基体、合金材料中微量至高含量范围内的元素定量分析。分析通道:64个通道各基体中的元素分析范围:分析精密度:RSD≤0.2%元素的分析线和内标线:激发光源类型:火花● 最大放电电流 400A ● 放电频率：100～1000Hz检测器类型:PMT和CCD,CID等光学系统：● 帕邢-龙格结构的CCD全谱光学系统● CCD像素分辨率 6PM● 色散 0.9nm/mm● 焦距 350mm● 光栅刻线数 3000条/mm● 波长 160-800nm光谱信号测量方式:分段积分火花台类型：开放或封闭样品激发台● 充氩式● 便于使用的样品夹具● 激发孔径13mm〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓分割线〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓〓请您来解析：1、帕邢-龙格结构的光学系统是什么原理，光栅、焦距、波长等参数各有什么优缺点？2、如何来选择激发光源，激发频率对检测都有哪些影响？3、激发样品的激发台根据什么来选择？4、不同的分析基体检测受哪些部分影响？5、说说你的直读光谱仪配置都是如何选的？欢迎大家参与讨论，补充自己想交流的参数，说说自己的认识或者提出自己的疑问！！！往期回顾：【参数解读】解析液相色谱二极管阵列检测器技术指标http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20130305/4601686/

[size=4][font=宋体]经常有人问道手持XRF光谱仪与便携式移动直读光谱仪有什么不同，两者之间如何选择呢下面我在原理与应用方面总结了一下。[/font][/size][size=4][font=宋体]便携式移动光谱仪的应用领域与手持XRF光谱仪是不同的，手持XRF光谱仪检测的固体样品直读光谱仪都可以检测，但直读光谱仪器能检测的样品手持XRF光谱仪不一定能检测，如钢铁中的C P S N ，在检测精度方面手持XRF光谱仪检测限在100ppm—500ppm,直读的检测线是小于100ppm，原理方面直读光谱仪原理是[/font][/size][size=4][font=宋体]样品经过电弧或火花放电激发成原子蒸汽，蒸汽中原子或离子被激发后从基态跃迁到激发态经10[sup]-8[/sup]秒后从激发态又跃迁到基态，产生发射光谱，每种元素发射光谱谱线强度正比于样品中该元素含量，[/font][/size][size=4][font=宋体]通过检测发射光谱强度的能量大小来分析各元素的含量。[/font][/size][size=4][font=宋体]XRF[/font][/size][size=4][font=宋体]光谱仪原理是元素的原子受到高能辐射激发而引起内层电子的跃迁，同时发射出具有一定特殊性波长的X射线，统称为X射线荧光，根据莫斯莱定律，只要测出荧光X射线的波长,就可以得知元素的种类，这就是荧光X射线定性分析的基础。此外,荧光X射线的强度与相应元素的含量有一定的关系，据此，也可以进行元素定量分析。[/font][/size][size=4][font=宋体]应用领域X射线荧光光谱仪具有重现性好，测量速度快，灵敏度高的特点，样品可以是固体、粉末、熔融片，液体等，分析对象适用于炼钢、有色金属、水泥、陶瓷、石油、玻璃等行业。可以对各种形状样品定性分析和半定量分析，并能给出半定量结果，分析时间短，对样品表面无损害。[/font][/size][size=4][font=宋体]直读光谱仪应用领域是炉前化验分析， 来料检测，成品检测 ， 混料识别等领域，是金属成份分析的专用仪器，此外还有商检、质检等部门 ，直读光谱仪在钢铁行业炉前快速分析占有绝大部分市场，是钢铁行业必不可少的一款元素分析仪器，广泛应用于铁基、铝基、铜基、镍基、锌基、钛基、镁基、分析精度可以达到PPM级，可以分析钢铁中的C P S N 等元素。[/font][/size][size=4][font=宋体]在应用方面也需有些人还是不理解，举个例子来说如果是做废旧金属回收，是用便携式直读光谱仪呢还是用手持XRF呢？其实在废旧金属回收这一块两款仪器都可以，手持XRF二十几万 ，便携式移动直读三四十万，如果你只是筛选废旧金属的一个牌号归类，其实手持XRF就可以做了，就没必要去买直读了，在举个例子如果你是铸铁行业检测精度有要求，需要检测C 元素那就得选择直读光谱了，手持XRF就做不了。下面是移动直读光谱仪与手持XRF的图片。[/font][/size][size=4][font=宋体][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/09/201009101709_242973_2122568_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/09/201009101709_242974_2122568_3.jpg[/img][/font][/size][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/09/201009101709_242975_2122568_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/09/201009101710_242976_2122568_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2010/09/201009101710_242977_2122568_3.jpg[/img]