光电直读光谱仪使用中的误差分析_1

光电直读光谱仪使用中的误差分析
发布时间：2022-01-19T08:45:46.351Z 来源：《防护工程》2021年30期作者：赵梦娜
[导读] 光电直读光谱分析由于精度高、检出限低、分析迅速，在冶金、地质、机械、化工等领域都有极其广泛的用途，特别是在钢铁及有色金属的冶炼控制中具有极其重要的地位。

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摘要：近年来，随着科技的快速发展，我国的材料技术不断进行着革新和进步。

企业对材料化学的控制要求不断提高。

光电直读光谱仪能够快速、准确的进行分析和处理信息，成为当前研究的热点。

光电直读光谱仪是目前在国内外钢铁企业中应用最多精密分析仪器，它能实现产品或半成品化学成分的快速分析，重复性及稳定性好、可以用于多种基体分析、线性范围宽。

随着对分析结果质量控制要求的提高，仪器分析准确度和精确度问题日显突出。

本文就光电直读光谱仪在使用中产生误差的原因及控制措施展开探讨。

关键词：光电直读光谱仪；误差；措施
引言
光电直读光谱分析由于精度高、检出限低、分析迅速，在冶金、地质、机械、化工等领域都有极其广泛的用途，特别是在钢铁及有色金属的冶炼控制中具有极其重要的地位。

为了有效提高光谱分析工作的能力和水平，切实保证所分析产品的质量，有必要对光电直读光谱仪在检测中产生的误差原因进行分析，这将有利于掌握设备运转情况、控制标样、校准参数等对日常光谱分析的影响程度。

1工作原理
光在与物质相互作用的过程中会导致物质内部原子和分子出现能级电子跃迁，这就使得物质对光的吸收、发射等在波长和强度上出现变化，利用此原理能够对物质进行检测分析。

光电直读光谱仪采用的是原子发射光谱分析法，工作原理是用电火花的高温使样品中各元素从固态直接气化并被激发而发射出各元素的特征谱线，每种元素的发射光谱谱线强度正比于样品中该元素的含量，用光栅分光后，成为按波长排列的光谱，这些元素的特征光谱线通过出射狭缝，射入各自的光电倍增管，光信号变成电信号，经仪器的控制测量系统将电信号积分并进行模数转换，然后由计算机处理，并打印出各元素的百分含量。

2光电直读光谱仪的应用现状
当前，光电直读光谱仪在我国得到了广泛的应用，主要应用的领域包括金属机械加工、冶金铸造、石油化工、航空航天、建筑材料、电池及其他金属制造领域。

光电直读光谱应用最广的领域是钢铁行业，钢铁同属黑色金属，含碳量大于 2.14%的材料通常称为铁（铸铁），含碳量低于这一标准的铁基合金称为钢。

根据材料中各元素含量范围不同将钢分为碳钢、低合金钢、中合金钢（在普碳钢基础上添加合金元素总含量在 5%~10%之间）、高合金钢（在普碳钢基础上添加合金元素总含量大于 10%）。

在直读光谱分析中不同材料在不同的分析程序当中进行，所以按照元素含量对材料进行的分类更有实际意义。

3光电直读光谱仪的特点
光电直读光谱仪是一种以标准物质为基础的较为快速的分析方法，有以下特点:（1）操作简单、自动化程度高；（2）分析范围广、速度快；（3）分析误差小、灵敏度高。

分析时只需单人操作，几十种元素的化验结果需由打印机打印出化验报告，整个过程几乎全部由机器来完成。

化验结果可存储于计算机内成百上千套，便于日后整理查询，尤其适用于配制合金时炉前快速分析，及时调整合金的成分。

4光电直读光谱仪的误差分析
定量分析的主要作用是对测量材料的成分进行准确测定，对测量分析结果具有很高的要求, 如果分析结果不精确会给工业生产带来错误的指导。

使用光谱定量分析中，测量结果的取得是一个复杂的过程，在这一测量过程中会受到人员、环境、仪器性能等方面的影响，直接导致测得结果与真实含量不完全一致，事实上，对同一材料进行测量，多次测量的结果也有一定的差别。

这说明客观上存在着难以避免的误差，因此操作人员在进行定量测定时要同时做好以下几方面的工作，测量要认真，测量结果要进行分析评价，有针对性的采取减小误差的有效措施，不断提高分析测量结果。

4.1误差的种类
通常来说，误差可分为系统误差、偶然误差、过失误差。

（1）系统误差就是通常说的可测误差，它的出现通常是固定的，经常发生的，它的误差大小是可以通过测量而确定的。

事实证明，系统误差存在不平衡性，总是会偏向一方，不是偏高，就是偏低。

（2）偶然误差又称不可测误差，它是测量过程中，由一些偶然因素直接导致的，其性质不确定，不容易被察觉，不好控制，通常来说，大小不确定，正负都有可能，这在很大程度上决定了测定结果的准确度。

（3）过失误差是测量过程中经常出现的，也是人为因素主要导致的，无规律可循，只能作为人为过失。

测量时，导致过失误差的原因有很多，但只要确定有测量过失误差，测量结果将会被舍弃。

在光电直读光谱分析
过程中，从取样开始到打印出分析数据，是由若干个操作环节组成的，每一环节都产生一定的误差。

当无过失误差时，光谱分析的总误差主要是系统误差和偶然误差的总和，便决定了光电直读光谱分析方法的正确度。

分析正确度包含二方面内容：即正确性和再现性。

正确性表示分析结果与真实含量的接近程度。

系统误差小，正确性高。

再现性(精密度)表示多次分析结果的离散程度。

当没有系统误差时或系统误差比偶然误差小得多时，精密度就等于正确度。

4.2误差的来源分析
4.2.1系统误差的来源分析
（1）分析试样和标准样品的性质不同。

在做钢铁和合金分析时，分析试样和标准样品的性质不同是经常存在；浇注状态的钢样与经过退火、淬火、回火、热轧、锻压状态的钢样金属组织结构是不相同的；在光电直读光谱分析中的某些元素测定的结果也不相同，从而引入了系统误差；（2）试样中除基体元素和分析元素以外的其他元素。

若标样和试样中的第三元素的含量和化学组成不完全相同，亦有可能引起基体线和分析线的强度改变，从而引入误差。

（3）传感器工作条件变化。

传感器工作条件出现变化之后，其感应到的参数数据也可能出现变化，从而导致系统误差的出现。

4.2.2偶然误差的来源分析
（1）试样成分不均匀。

由于光电光谱分析所使用的样品较少，其中的元素分布不均匀，并且冶炼过程中有可能进入夹杂物，直接导致不同部位的分析结果存在差异。

（2）试样不具备一定代表性。

试样在取样冷却过程中的缺陷，如气孔、砂眼等。

（3）试样厚度较薄。

如果试样的厚度比较薄，其表面不平整，也很很容易被烧，并且激发时容易被击穿，这样也会在一定程度上影响薄样测量结果。

4.2.3过失误差的来源分析
人为原因产生的误差对检测结果的影响相对于前两者来说较大，但是人为原因导致的误差是可以通过一定的手段避免的。

如一些技术人员由于
操作过程中的意识比较薄弱，操作不规范或者没有对仪器进行预热等，会导致结果的不准确。

例如分析样品与控制标样操作不一致。

磨样纹路粗细未保持一致，有交又纹出现。

磨样时用力过大，用力太大导致试样磨样过热，直接导致试样表面出现氧化的现象。

试样表面未磨制平整。

当试样放在电极激发台上时，出现有漏气现象，这些错误操作都会直接影响检测结果的准确性。

从仪器分析的角度来说，日常许多测量仪器都需要护理，光电直读光谱仪作为精密仪器，更需要技术人员对其进行定期清理，将其透镜的灰尘进行擦拭，否则这些灰尘会影响仪器的精密度，从而导致误差的产生。

此外，环境原因导致误差，例如分析室的温度、清洁性及噪声等都会对误差产生影响，这些环境因素是可以人为干预的，因此将其归为人为客观原因导致的误差范畴中。

4.3光电光谱分析中误差的控制措施
针对以上检测误差的产生原因，在具体的检测过程中，需要对其中的各个环节进行把握，保证检测结果的精确程度，一般情况下，其误差消除对策包括以下方面。

在制样方面，取样的方法和对样品的处理结果，也会对检测的精度产生一定的影响。

选择样品时，一旦发现样品出现有裂纹和气孔等缺陷的情况，就需要进行重新选样，在对不同材料进行分析的时候，需要根据材料的不同性质，来采取不同的研磨工具，以此来去除样品表面的氧化层，在磨制时避免用力过大、磨制纹路交叉等错误操作，保证检测结果的整体精度。

在设备检测及保养方面，为了提高检测分析结果的精度，消除其中的误差，需要对所使用的设备进行相应的保养，例如保证定期校正检测仪器、定期清理电极及分析透镜等，确保仪器处于最佳状态。

在检测环境方面，需要对进行样品检测环境的温度、湿度、噪声、照明和电磁干扰等条件进行严格控制，以此来保证仪器的整体稳定性。

如应确保氩气的纯度，当氩气中含有氧和水蒸气时，会使激发斑点变坏。

如果氩气管道与电极架有污染物排不出去，分析结果会变差。

在检测人员检测水平与质量意识方面，要求检测人员对仪器的使用、分析数据的处理等方面有深刻的认识，并且有较高的质量控制意识。

只有检测人员在各个环节进行严格把控，才能有效控制误差。

结语
以上对光电直读光谱仪的工作原理、特点及应用现状进行了介绍，分析了测量误差产生的原因，并提出了控制措施。

旨在检测工作中有意识的避免出现误差，提高质量意识，利用光电直读光谱仪高质量地指导企业生产。

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