直读光谱分析仪工作原理及在钢铁分析中的应用
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第1期
刘鸣娟： !<$ ; &=>83- 直读光谱分析仪工作原理及在钢铁分析中的应用
・ 78 ・
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应用前景展望 随着市场竞争的深入， 国内外钢铁企业必须追
真诚欢迎国内外同行及新老用户光临惠顾！
湖南办事处 地址： 湖南省长沙市雨花区桔园小区四片成功苑 101 号 邮编： 71---7 传真： -231 ; /540051 电话： -231 ; /54005联系人： 卞金生 手机： （-） 134-47/78-/ 西北办事处 地址： 陕西省西安市西北大学化工学院西北大学 085 信箱 邮编： 21--58 传真： -08 ; 43-/40/ 电话： -08 ; 43-/40/
长春一汽嘉信热处理电镀科技有限公司
长春一汽嘉信热处理电镀科技有限公司有着五十年的悠久历史， 随着一汽的发展而不断壮 大， 现有员工 5/4 人， 其中有专业技术管理人员 /5 人， 硕士研究生 8 人。还有一支由高中级工 程技术人员组成的专业化设计开发队伍， 是一个集科研、 生产、 销售和服务于一体的高科技公 司， 注册资金 3-58 万元。 公司技术力量雄厚， 拥有可控气氛渗碳、 装饰镀铬等各种热处理及电镀工艺。目前生产热 处理和电镀零件 0--- 多种， 已连续 5 年通过 9):8--- 国际质量体系认证复审。为全国二十七个 省 （直辖市） 的六十余家企业设计制造近二百台 （套） 热处理和电镀设备。根据用户的不同工艺 要求， 生产批量大小， 可提供的热处理设备有： 密封箱式多用炉、 密封箱式软氮化炉、 连续式 （单 排、 双排） 渗碳自动生产线、 等温退火 （正火） 自动生产线、 调质自动生产线、 铝合金淬火时效生产 线、 转底炉、 滚筒炉、 吸热性气体发生炉、 强化喷丸机、 清理喷丸机和齿套淬火压床等； 可提供的 电镀设备有： 减振器杆微裂纹镀铬自动生产线， 适用于多镀种的推进式电镀线、 环型电镀线、 滚 镀自动生产线、 高架电镀线、 活塞环镀铬自动生产线、 电镀自动抛光机、 环保及电镀电源等等。 公司有着朝气蓬勃、 锐意进取的领导班子， 恪守 “诚信守誉， 用户第一” 的原则， 以 “务实、 求 精、 发展” 为宗旨， 以最快的速度， 最好的质量， 最优的价格满足用户需求。
从上表可看出二者数据非常接近， 仪器测量精 度高、 偏差小， 是电厂防止错用钢材必备的测试手 段。
力出版社， 0--1 . . ［0］ 电厂金属化学分析编写组， 电厂金属化学分析 . 水力电 力出版社， 1880 . ［3］ 陈新坤等 . 原子发射光谱分析原理 . 1848： 33 .
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ・ 封面说明 ・
第 1: 卷第 , 期 1**2 年 1 月
国外金属热处理 ;<=>!? @?A8B< "&#B<C?
DEFG 1:， A=G , HIJ， 1**2
・ 其它 ・
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江西省电力试验研究院 （南昌
前言 随着电力工业的迅速发展， 确保电厂发电设备 金属材料符合设计要求， 保证电力生产安全运行， 光 谱分析在电力建设和安全生产运行中成为不可缺少 的分析手段并起着重要的作用。我们对钢材的检验 一直沿用普通的光谱分析或者化学分析方法进行材 质分析。众所周知， 前者分析速度较快但只能粗略 地确定钢种， 结果不准确， 不能准确确定钢号， 元素 含量更无从谈起， 且在很大程度上是依靠操作人员 的实际经验推断， 最后也只是个大概。后者虽然分 析较准确， 但分析几个常规元素需要很长的时间， 而 且还要破坏检件取样， 而 !"# $ %&’()* 直读光谱仪 则结合二者的优点， 能进行快速准确全谱定量元素 分析。 " !"# $ %&’()* 直读光谱仪工作原理 根据量子力学理论， 当金属被能量激发时， 原子
图" !"# $ %&’()* 光路示意图 连续光谱谱线 - 全谱 . 起弧 样品 透镜 /0! 检测器 #
))***+） 刘鸣娟
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! 电极 狭缝 狭缝
" 激光平面全息光栅 - 分光作用 .
特征谱线转换成电信号， 即记录谱线的强度， 最后通 过计算机与校准曲线相比较， 并利用罗马金 $ 赛泊尔 公式进行计算得到各元素的准确百分含量。传统的 光电直读光谱仪， 第三部分均采用体积较大的光电倍 增管作为光电转换元件， 而 !"# $ %&’()* 直读光谱 仪则采用体积很小的光学象素阵列检测器 /0! 来代 替光电倍增管， 这是对传统光电直读象素仪领域的一 个重要大改进。在 /0! 检测器中， 集中了致密排列的 （通道） ， 此时不象在传统固定通道式设计 1 *23个象素 中那样只能获得个别特征谱线， 而是把该波长范围内 （,43 5 )21 67） 的所有元素的所有特征谱线全部捕获 并进行分析 （全谱测量） ， 使得用同一台直读光谱仪可 以分析多种基体， 扩大了分析范围。 # 实际应用 由于 !"# $ %&’()* 直读光谱仪具有功能全， 内 存 )1 种元素， 可进行全谱元素分析， 操作简单， 分析 速度快且不要专门制备样品， ， 可对平面、 柱面、 曲面 等各种表面及各种尺寸的工件、 样品进行现场测量， 现场打印结果。使用同一套硬件可定量分析 各 种 钢、 白口铁、 铜合金、 镍合金、 锌合金、 钛合金、 钴合金 等十八类合金中的常见金属与非金属元素， 包括 #、 8、 /、 9 等。 在实际应用过程中， 我们对两组标样进行测试， 结果如表 ,
- . 12 - . -13 - . 01 - . -31 - . -01 - . 45 - . 12 - . -10 - . 01 - . -30 - . -0- - . 45 表" 标样 6 $
求产品更新换代和提高产品质量来满足电厂新机组 大容量的需要， 因此对新钢种的成分鉴别要求越来 越高， 直读光谱仪将是用于钢材成分分析的一种非 常有效的分析仪器。 参 考 文 献
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6 样测试值 1 . -5
［1］ 姜求志 . 王金瑞等 . 火力发电厂金属材料手册 . 中国电
的壳层电子会被激发到较高能量级的外层轨道上处 于稳定状态， 在一定条件下它从高能级跃迁到低能 级就会发出光子发出特征谱线， 各种元素都有不同 的特征谱线， 这些谱线经过光学系统进行分光色散， 成为按波长排序的一系列连续光谱， 再经过电转换 元件把光信号直接转换为电信号， 最后计算机测量 系统就可以通过计算某元素特征谱线的强度来确定 元素的百分含量。 !"# $ %&’()* 直读光谱仪由主机和探头组成， 主机为计算机控制和测量计算系统， 而探头又分为 三大部分： 光源和激发室， 分光系统， 光电 !： "： #： 转换系统。如图 , 所示。 在第!部分中由以下几个过程组成： 开始 ! 引 弧!融化!蒸发!激发 ! 发射光谱。第 " 部分为主 要光学元件， 起弧后的金属光谱通过一狭缝再经过 透镜光阑、 狭缝等， 到达激光平面全息光栅， 该光栅 对接收的金属弧光进行分光色散， 产生由各元色素 特征谱线组成的连续光谱。 在第# 部分中， 通过光电转换元件把各元素的
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湖南办事处 地址： 湖南省长沙市雨花区桔园小区四片成功苑 101 号 邮编： 71---7 传真： -231 ; /540051 电话： -231 ; /54005联系人： 卞金生 手机： （-） 134-47/78-/ 西北办事处 地址： 陕西省西安市西北大学化工学院西北大学 085 信箱 邮编： 21--58 传真： -08 ; 43-/40/ 电话： -08 ; 43-/40/
长春一汽嘉信热处理电镀科技有限公司
长春一汽嘉信热处理电镀科技有限公司有着五十年的悠久历史， 随着一汽的发展而不断壮 大， 现有员工 5/4 人， 其中有专业技术管理人员 /5 人， 硕士研究生 8 人。还有一支由高中级工 程技术人员组成的专业化设计开发队伍， 是一个集科研、 生产、 销售和服务于一体的高科技公 司， 注册资金 3-58 万元。 公司技术力量雄厚， 拥有可控气氛渗碳、 装饰镀铬等各种热处理及电镀工艺。目前生产热 处理和电镀零件 0--- 多种， 已连续 5 年通过 9):8--- 国际质量体系认证复审。为全国二十七个 省 （直辖市） 的六十余家企业设计制造近二百台 （套） 热处理和电镀设备。根据用户的不同工艺 要求， 生产批量大小， 可提供的热处理设备有： 密封箱式多用炉、 密封箱式软氮化炉、 连续式 （单 排、 双排） 渗碳自动生产线、 等温退火 （正火） 自动生产线、 调质自动生产线、 铝合金淬火时效生产 线、 转底炉、 滚筒炉、 吸热性气体发生炉、 强化喷丸机、 清理喷丸机和齿套淬火压床等； 可提供的 电镀设备有： 减振器杆微裂纹镀铬自动生产线， 适用于多镀种的推进式电镀线、 环型电镀线、 滚 镀自动生产线、 高架电镀线、 活塞环镀铬自动生产线、 电镀自动抛光机、 环保及电镀电源等等。 公司有着朝气蓬勃、 锐意进取的领导班子， 恪守 “诚信守誉， 用户第一” 的原则， 以 “务实、 求 精、 发展” 为宗旨， 以最快的速度， 最好的质量， 最优的价格满足用户需求。
从上表可看出二者数据非常接近， 仪器测量精 度高、 偏差小， 是电厂防止错用钢材必备的测试手 段。
力出版社， 0--1 . . ［0］ 电厂金属化学分析编写组， 电厂金属化学分析 . 水力电 力出版社， 1880 . ［3］ 陈新坤等 . 原子发射光谱分析原理 . 1848： 33 .
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第 1: 卷第 , 期 1**2 年 1 月
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江西省电力试验研究院 （南昌
前言 随着电力工业的迅速发展， 确保电厂发电设备 金属材料符合设计要求， 保证电力生产安全运行， 光 谱分析在电力建设和安全生产运行中成为不可缺少 的分析手段并起着重要的作用。我们对钢材的检验 一直沿用普通的光谱分析或者化学分析方法进行材 质分析。众所周知， 前者分析速度较快但只能粗略 地确定钢种， 结果不准确， 不能准确确定钢号， 元素 含量更无从谈起， 且在很大程度上是依靠操作人员 的实际经验推断， 最后也只是个大概。后者虽然分 析较准确， 但分析几个常规元素需要很长的时间， 而 且还要破坏检件取样， 而 !"# $ %&’()* 直读光谱仪 则结合二者的优点， 能进行快速准确全谱定量元素 分析。 " !"# $ %&’()* 直读光谱仪工作原理 根据量子力学理论， 当金属被能量激发时， 原子
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- . 12 - . -13 - . 01 - . -31 - . -01 - . 45 - . 12 - . -10 - . 01 - . -30 - . -0- - . 45 表" 标样 6 $
求产品更新换代和提高产品质量来满足电厂新机组 大容量的需要， 因此对新钢种的成分鉴别要求越来 越高， 直读光谱仪将是用于钢材成分分析的一种非 常有效的分析仪器。 参 考 文 献
! 样测试值 - . /-
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- . 14 - . -12 - . 77 - . -02 - . -15 - . 24 - . 14 - . -14 - . 73 - . -05 - . -12 - . 24
6 样测试值 1 . -5
［1］ 姜求志 . 王金瑞等 . 火力发电厂金属材料手册 . 中国电
的壳层电子会被激发到较高能量级的外层轨道上处 于稳定状态， 在一定条件下它从高能级跃迁到低能 级就会发出光子发出特征谱线， 各种元素都有不同 的特征谱线， 这些谱线经过光学系统进行分光色散， 成为按波长排序的一系列连续光谱， 再经过电转换 元件把光信号直接转换为电信号， 最后计算机测量 系统就可以通过计算某元素特征谱线的强度来确定 元素的百分含量。 !"# $ %&’()* 直读光谱仪由主机和探头组成， 主机为计算机控制和测量计算系统， 而探头又分为 三大部分： 光源和激发室， 分光系统， 光电 !： "： #： 转换系统。如图 , 所示。 在第!部分中由以下几个过程组成： 开始 ! 引 弧!融化!蒸发!激发 ! 发射光谱。第 " 部分为主 要光学元件， 起弧后的金属光谱通过一狭缝再经过 透镜光阑、 狭缝等， 到达激光平面全息光栅， 该光栅 对接收的金属弧光进行分光色散， 产生由各元色素 特征谱线组成的连续光谱。 在第# 部分中， 通过光电转换元件把各元素的