直读光谱使用说明

光电直读使用说明
一基本原理
光电直读光谱仪就是利用光电测量方法直接测定光谱线强度的光谱仪(又称为光量计)
一、直读光谱仪主要由三部分组成:光源、色散系统、检测系统。

1、光源电火花光源:通常气压下两极间加上高电压,达到击穿电压时,在两极尖端
迅速放电产生电火花。

2、散系统色散元件用凹面光栅并有一个入射狭缝与多个出射狭缝组成罗兰圆Rouland(罗兰)发现在曲率半径为R的凹面反射光栅上存在一个直径为R的圆。

光栅中心点与圆相切,入射狭缝S在圆上,测不同波长的光都成像在这个圆上,即光谱在这个圆上,这个圆叫罗兰圆。

这个凹面光栅既起色散作用,又起聚焦作用。

聚焦作用就是由于凹面反射镜的作用,能将色散后的光聚焦。

将出射狭缝安装在罗兰圆上,在出射狭缝后安装光电倍增管,一一进行检测。

凹面光栅不需借助成像系统形成光谱,因此它不存在色差,由于减少了光学部件而使得光的吸收与反射损失大大减小。

1、测系统利用光电方法直接测定谱线强度。

光电直读光谱仪的检测元件主要就是光
电
增管,它既可将光电转换又可将电流放大。

综上,从光原发出的光经透镜聚焦后,在入射狭缝上成像并进入狭缝。

进入狭缝的光投射到凹面光栅上,凹面光栅将光色散、聚焦在焦面上,在焦面上安装了一个出射狭缝,每一狭缝使用任何一条固定波长的光通过,然后投射到到狭缝后的光电倍增管进行检测。

最后经过计算机处理后,打印出数据与显示显示,全部经过除进样外,都就是微型计算机程序控制,自动运行。

一、分析原理
每一个光电倍增管连接一个积分电容器,由光电倍增管输出的电流向电容器充电,通
过测定积分电容器上的电压来测定谱线强度I。

光电流与谱线强度I成正比。

即i=KI。

(K为比例常数)
在曝光时间t内积分谱线强度,也就就是接收到的总能量为:E＝∫0t Id t＝1/k∫0t id t
由光电倍增管输出的光电流向积分电容器充电,在t时间内,积累的电荷Q为:
Q＝∫0t id t,电容器的电压u为:u＝Q/C=1/t∫0t id t=KE/C (电容器电容量C固定)K与C之比
为常数,则u=KE,在一定的曝光时间t内,谱线强度就是不变的,则:E＝It,u＝Kit,表明
积分电容器的充电电压与谱线强度成正比。

作为光谱定量分析,特征光谱强度与样品中该元素浓度满足:I＝KC a向积分电容器充
电路元素同时进行的,测量按预定顺序打印出来,显示器同时显示。

一般先将各元素的校准曲线输入计算机,可直接得出含量。

一次样品分析仅用几分钟即可得出欲测的十或数十种元素的含量值。

二、技术指标
电性要求:供电电压V＝230V AC±10％
供电频率F＝50HZ
功率P＝1、2KV A 最大值
＝0、16KV A 标准状态
断路器/保险丝I＝16A
氩气供给:质量4、8/4、8±2％Hz
流量最大约300L/h 20L/h 10L/h
环境条件:温度6～40℃
湿度20～80℃
空间尺寸:1420×755×1300mm
重量:400Kg
三、仪器的安装
仪器必须容易维护。

仪器后面距离墙0、5m,空间面积约1、5×0、8m2。

氩气与打印机要接近光量计。

样品准备装置应在附近。

最小实验室空间,除去样品准备装置大约5m2,电源与氩气连接在仪器背面。

室内不用控制温度,设计的光电器尺寸可以消除温度变化带来的影响。

但不规则加热一侧,像阳照射与室内加热必须避免。

四、仪器的组成
仪器主要包括以下几个部分:气体光学,紫外光学,火花台,试样夹,火花源
一、Air optics(气体光学)
打开侧面金属板, Air optic安装在仪器底部。

所有部件用特殊螺丝固定,不易受损害。

(不动量在20g)。

罗兰圆的直径为750nm,允许有效的增加,光栅每mm可容纳1800到3600条线,色散率平均在0、37/0、78nm/mm、有用的波长范围在2120～800nm,采用石英纤维。

由于石英吸收短波长光,所以更短的线不能通过光学纤维。

光学系统框架(A－fram),包括入射狭缝,凹面光栅,出射狭缝与光电倍增管。

从光源发出的光经透镜聚焦后,在入射狭缝上成像并进入狭缝,进入狭缝的光投射到凹面光栅上,凹面光栅将光色散聚焦在焦面上,出射狭缝安装在焦面上的罗兰圆上,每一狭缝可使一条固定波长的光通过。

每各出射狭缝后安装一个光电倍增管,对投射的光进行检测。

二、uv optics(紫外光学)
uv optics在仪器内的上部,与火花台(spark stand)直接连接。

它的构成类似于air optic。

然而为了测定波长低于200nm的光,像C、P、S、B,通风环境就是必要的,因此uv optic安装氮气。

氮气在光学附件与薄膜汞气体过滤器中循环流动,这个泵安装在仪器右侧,气体过滤器将氧气与水蒸汽与氮气分离。

由于渗漏或安装uv－tank可以造成污染。

纯净氮气没有氧气与水蒸汽。

三、park stand(火花台)
火花台用来保证样品的测量,内部由氩气冲洗,还有冷却水。

氩气冲洗提供一个无氧环境,可以获得纯净的火花激发与传送低于200nm波长光。

连续的氩气流量可防止火花台空气的污染。

有三种分开的氩气流量。

1、低氩流量:当发生器关掉时,使用低流量氩,保证无氧环境与随时重启系统,即便在系统工作时间不长时。

2、连续氩流量:当仪器已开但测量还未开始时,使用保证火花台无氧以及光量计处于待命状态。

3、分析氩流量:当测量进行时自动启动,也可已通过菜单人为启动。

在火花台的盘中间有一个小孔,必须有样品分析时才能打开,为了安全关掉电路,样品压板必须有样品,在孔下安装有电极,在点火中原料中原子被气化并激发。

发射的光进入光学系统的同时,直接进入,uv optics穿过纤维管进入air optics
四、ample Clamp (试样夹)
在火花台上面用来将样品合适的放在火花台上并保持水平,安全关掉电路。

电路装置保存样品在只有被恰当安装在火花台上时才能被点火。

可以通过螺丝调节样品高度。

当测量开始时,试样夹要关闭,否则会得到一个错误信息。

压下试样夹,确认信息,再开始测量。

如果样品覆盖绝缘层,(像搪瓷)错误(提示)信息也会显示,为此要移走绝缘层重新开始测量。

如果电路关掉超过50分钟,计算机开始检查程序。

此程序阻止进一步点火并提示移走试样夹,确认信息,移走试样夹,可以继续测量。

五、Spark source (火花源)
激发原子发射谱线,这就是含量分析的基础。

两极间加上高电压,达到击穿电压,两极尖端能迅速放电产生电火花。

电火花通常做高含量分析,可得到较高灵敏度,直流电弧灵敏度高,适用痕量分析。

电离原子发射谱线用电火花激发,原子发射谱线用电弧激发。

五日常维护
日常维护对自动化仪器的正常运行与确保分析结果的正确,就是至关重要的,需按以下要求加以精心维护:
一、每天的维护
1、检查Ar供应量
在按下仪器后面主开关准备开启仪器前,就要检查Ar气,如果没有足够的Ar气供应量,火花源就会出现问题。

检查Ar气的调节阀,Ar气瓶至少显示10bar压力,如果低就要更换。

换瓶后,要在measure 窗口中的instument菜单选项。

Argon flow按钮,冲洗系统2分钟。

氧气或水蒸气混合在Ar中会导致不好的光源,一定要校正分析结果。

Ar气污染归于以下几个方面:
a、已被污染的Ar气
b、在样品与spark stand间Ar气系统泄漏
c、在点火过程中样品污染
2、检查燃烧头
点火过程包括预点火与点火阶段,预点火包括达到燃点时间与样品均一化时间。

在Ar气氛下,高能预热火花使样品均一。

在均一化阶段发生集中发射,样品表面样品表面逐渐熔化可以从类似火山喷发的闪光的金属表面瞧出。

黑色的沉积物在燃烧头析出,均一化后样品即要点火也达稳定状态,测量可开始。

Ar气系统中含有氧气会产生氧化物,导致白色燃烧头火花四射,最适宜的燃烧头依赖几个因素,包括激发光源频率,激发参数频率,积分参数,样品类型。

当使用不好的burn spots,检查以下方面:样品处理/样品成分/Ar气质量/Ar气系统的可能泄漏。

3、标准化
标准化程度及频率依赖于样品及系统本身,就像维护工作一样,标准化随着系统变化而进行,控制样品可用于阻止不必要的标准化。

4、样品点火过程中,黑色沉积物会在火花台上形成,这个金属沉积物会在电极与火花台间导电,为此,电极、要定期清洗、(用电极刷)
请先遵循以下步骤:
1)关掉Ar气
2)移开火花台前的电极缺口工具
3)举起火花台的盖,拿走
4)拧开固定在火花台顶盘的四个螺丝
5)用一个合适的轻便的真空吸尘器清洗火花台
6)移走嵌入的玻璃与火花台定盘
7)重新放置嵌入玻璃与火花台顶盘
8)用电极缺口工具与扳手重新设置分析缺口(电极顶端与样品底部距离)
9)打开Ar气流
备注:1)清洗中刷子不能碰到火花台与混合设备
2)火花量与样品金属种类不同,产生黑色沉积物不同,因此,可随意安排清洗。

3)可应用Parameter Data Files 系统或自动提示清洗。

4)用真空吸尘器吸的金属尘埃,在空气中易燃烧,因此吸尘器适合应用,否则引起小火,且不能放在Ar出口与水旁,否则从底部吸入火花台。

5)确定火花台顶盘上的O—ring调整好,以防空气进入。

二、每月的维护
1、更换电极
点火过程中,不仅会带走样品材料,电极也会有损耗,因此电极必须每月更换。

移去火花台前用螺丝固定的电极缺口工具,一拧开固定电极的螺丝,因为其放在小弹簧上,因此用扳手小心松开。

更换新电极,相反步骤固定住。

备注:1)每个样品后用电极刷清洗电极
2)电极两端都可以用
3)带有析出样品的电极用弱酸性的布清洗
4)用过顶端圆的电极可重新车成90度角。

2、清洗Ar气排气口
排气口易被火花台中的析出沉积物沉积、阻塞堵住。

最好用两人清洗。

一个人将胶皮管拿出水瓶,用拇指或软木塞堵住出口,另一个人在Menu Item Argon Flow中打开Argon Flow,用拇指或其她东西合上火花台的口。

另一个人将橡皮管尖端放入已选好的容器内,将拇指从出口移开,在压力下Ar气就会携带着沉积物从橡皮管出,如果一个人将管从瓶中取出放进合适容器,从火花台上移开管,打开真空吸尘器吸出污染物。

备注:洗后,管尖端要放在水面下,避免火花台中进入O2
3、换水
水瓶放在火花台下,第一个瓶通常要保持2/3水量,Ar气出口必须插入液面下,但又在瓶底以上。

第二个瓶子仅要使水达到5cm高度,这样Ar气入口与出口管都在水平面以上。

4、彻底清洗火花台
方法同火花台清洗,确定发生器关掉,然后按以下步骤进行:
1)从火花台移开Ar气管
2)拧开四个螺丝
3)将电极,加热器,白色铁氟龙塞放下,向前拉一点
4)塞与塞下部分用绒布或吸尘器洗
5)重新安上塞子,注意塞子上的孔要与加热器上孔匹配,以便能插入扳手,拧
下电极。

6)当确定电极所有的孔高度已调好,重新安装火花台底部,全拧上四个螺丝,长的在后面短的在前面。

7)重新将Ar气出口管与火花台连接好
8)安装火花台盘,并调好高度
9)打开Ar气冲洗2分钟,排出空气
备注:电极安装好,不能碰加热器,所有连接必须接好,防止空气污染,洗后必须在‘Checking the Burn~spot中确定空气排尽,用Argon-Flow冲洗足够。

三、半年一次的维护
1、仪器内部的清洁
关掉主开关,用真空吸尘器清洗,真空吸尘器不能接触带电的任何部分,分光系统的盖子不能打开。

2、清洗气体过滤器
空气过滤器确保足够冷却气冷却仪器,过滤的垫子可以在装备关掉情况下用真空吸尘器清洗或用冷的或温与的清洁剂冲洗,如果不行就要更换。

备注: 洗后要确保完全干燥。

六软件结构
Spark Analyzer 程序划分为五个功能区,各有五窗口
Measure Window (测量窗口):启动程序自动出现,除了进行测量任务外,可以对与测量或数据输出有直接联系的程序进行修改
Sample Management(样品处理):为测量窗口保存的结果的处理系统
Program Development(扩展程序):用来修改测量窗口当前载入的程序,对元素的选择与校正范围进行校正
Regression Window (回归校正窗口):从扩展程序中调出,用来计算校正曲线
Scan Manager Monochromator(扫描):通过单色器扫描谱线
Scan manager ccd:通过Spectrolab Jr、ccd进行谱线扫描
（一）Measure Window
测量窗口用来测量样品以及附带对仪器进行标准化。

在校正过程中,用来测量校正样。

因此,打开测量窗口,显示菜单如上图:“文件”“编辑”“测量”“程序”“仪器”“插件”“帮助”。

测量窗口显示载入程序的元素与通道。

可通过滚动条与方向键显示所有元素的值及相关特征。

测量值以如下几种方式显示:
0.0063 正常值输出显示
<0、0015 低于下限,显示下限值
~0、1437 高于上限(1、0~1、2倍),显示计算值
>1、231 高于上限(>1、2倍),显示上限值
窗口下部状态栏提供程序与硬件控制状态,状态栏上部的图表点吉可以直接实现程序的定义功能
F6单次测量值F7标准化F8类型标准化F9 保存,并打开下一样品数据框
F10打开load program 对话框,并载入新的分析程序F11开始control sample test(控制样测量) F12 打印输出
1、File(文件)菜单
这个菜单用来打开并操作窗口,打开文件,打印,退出程序等,每个窗口都有此菜单,在测量窗口,包括以下菜单项:
1、1、load program 载入程序
选择此菜单项用来打开Load program 对话框,通过此对话框可以载入下一测量的分析程序,也可以用F10到开此菜单项,如用Edit field selected program 选择程序的编辑区,可以输入分析程序的名,并出现以此命名的程序条:available program 显示分析程序与指定元素在主要元素后有对分析程序的简短说明。

双击可以选择程序也可以关闭对话框载入分析程序
1、2、Search program 搜索程序
在选择了方法的定位程序后,用此菜单条搜索固定分析程序,此菜单条只有在分析程序中正建立测量方法时被激活。

1、3、Layout 设计
用来定义打印输出参数,打印定义通过File 中的printer setup菜单项进行
2、Edit (编辑)菜单
用来编辑当前测量结果,删除单次测量,可实现各种测量的显示模式切换,像由强度转换成浓度。

2、1 Sample Data 菜单项
打开样品的数据对话框,用来编辑当前与下一个测量数据,通过Edit sample date 与Next sample 菜单项打开此对话框,而且此对话框只有在Program Development中的sampled-format 对话框中输入类型与程序后才能被打开,具体参见Dialog Box Sample ID–Format
3、Measure (测量)菜单
此菜单用来执行样品测量与检查标准化,完全在Measure window显示
3、1Menu item start 开始
开始前确定样品就是否放好,例如就是否平整且覆盖火花台电极空缺,试样夹中须压下合适位置,而且要注意测量窗口下面状态拦的第二部分,其显示当前仪器控制系统的状态,可能会得到一些错误信息,例:sample clamp up 试样夹向上了,调下后重新测量,source off当样品与试样夹未接触好时,会出现此信息,安全操作要关掉激发源后再打开,测量重新开始。

3、2Menu item stop 中断/停止
当测量发现问题时随时中断,例如:火花台空隙没有完全覆盖样品(此时火花台声音很大)或放错样品都可以停止
3、3Menu item multiple measurement 多次测量
此菜单用来对火花台上的样品进行多次测量,在打开的对话框中可输入单一测量次数,缺省值为5。

3、4 Menu item last measurement 前次测量
允许在测量窗口中恢复前次测量结果,当分析程序或计算参数发生变化时需要此项。

可以在不同条件下重新计算测量结果。

3、5 Dialog Box Control Sample Test 控制样品测量对话框
选择测量的控制样,可以越过建议的控制样或改变待测控制样的顺序。

在Program Development窗口中的control samples对话框通过重新安排样品可获得长期的控制样顺序的改变,在控制样测量过程中,mearsure control samples对话框自动打开,在屏幕右上角出现所有控制样的列表。

已测量的以绿色显示,待测量的以黄色显示
3、6Dalog Box Standardization 标准化对话框
用来开始仪器的标准化,包括以下几个部分:
display field date and time 显示前次标准化的时间与日期
button NO 停止标准化程序
button YES 开始进行样品测量
关闭此对话框后测量窗口发生如下变化:
左上角显示标样列表:
前次测量以绿色加重并前面打*号显示,下次测量样以黄色显示。

3、7 Dialog Box Global Standardization 总体标准化对话框
用来对选择的基体元素的Analytical Programs 进行总体标准化,规则的standardization只应用在当前载入的分析程序,而总体标准化对基体元素的所有分析程序的标样进行标准化。

对于与一定基体元素的多种分析程序共同的标样进行测量可节省时间。

通过此次帮助也可瞧出执行的测量就是否准确。

3、8 Dialog Box Type Standardization 类型标准化对话框
用来选择类型标样,测量标样及对校正因素的估算。

4、Program(程序) 菜单
次菜单包括对当前选择的分析程序的总览与改变参数的菜单项。

改变只适用于载入的分析程序,但不能被保存,长久保存要通过program development窗口。

4、1Dialog box prespark time 预点火时间对话框
可用来暂时改变预点火时间,像测量非常薄的样品片。

高能量光源预点火时间应缩短以避免样品燃烧。

注:改变时间只能在user-level 2或更高水平。

4、2Dialog box standardization data 标准化数据对话框
在两种情况下显示:a、在测量窗口的程序菜单中打开显示载入分析程序的上次标准化结果,从结果可瞧出就是否所有通道都在可接受范围;b、当一个标准化完成时自动打开。

Column field check val、在此显示出标准化校正的因素/补偿值就是否在可接受的极限内。

如果这个栏目标记了,则相应的logical channel至少一个校正值(factor/offset)超出允许的偏差,这个值以红色加重显示。

Column field factor测量值校正的计算标准化因素只在此显示,理想值为1。

Column field offset 测量值校正的计算标准化补偿值在此显示,理想值为0。

Column field Type 显示每个通道的标准化类型,可能项目包括单点与两点标准化。

Column field low sample[℅] deviation 每个通道的低含量样标准化偏差以百分数在此显示,理想值为0。

5、Instrument(仪器)菜单
提供分析仪器控制的菜单项。

5、1 Menu item dark current test 隐含电流检测
光滤波器的电流检测对于仪器的测量,检查非常重要。

可在Program Development中的Instrument菜单的Installation子菜单中打开相应对话框。

开始检测,测量窗口转变成raw intensities输出模式,测量顺序完成后,平均值与绝对标准偏差自动计算出。

如果隐含电流强度比较低含量太高,通道平均值以黑字显示(紫色背景),前加有a》符号;如果绝对标准偏差太高,通道平均值以黄色背景黑度显示,如果参考通道展示出隐含电流比较于典型(type)强度高,平均值以紫色背景黑度显示,并加有a》符号。

Edit Field Intensity Limit 比较低含量样的强度,隐含电流测量的强度以百分比形式输出,例:10%
Edit Field Limit Value of Standard Deviation与低含量样信号有关,隐含电流信号的绝对标准偏差以百分比表示,例:0、5%表示当通道低含量信号强度值为1000个强度单位,隐含电流的绝对标准偏差不能超过5、0。

Edit Field Typical Intensity参考通道不用标准化,因此这些通道不需低含量样来确定电流检测结果,也因此参考通道典型强度的一定百分数作为隐含电流的极限值。

5、2 Menu item Constant Light Test 连续光检测
每个光量计上安装连续的光源,可在program development 中的Instrument菜单的installation子菜单中打开相应对话框,检测开始,测量窗口切换到输出模式为raw intensition不用在火花台上放样品,因为测量光强度不就是由样品发出的,而就是由LED光源发射的,自动完成测量并完成平均值相对标准偏差计算。

6 、Extras(插件)菜单
此菜单包括选择设置,特殊功能与显示附加数据。

6、1 Dialog box Output Mode 输出模式对话框
6、2Dialog Box Options选项
用来暂时改变在测量窗口对program development中dialog box global parameter的选项设置。

6、3 Dialog box alloy grade library 合金库对话框
用来编辑合金库,也可以从program development窗口打开。

6、4 Dialog Box Edit Alloy Grade 编辑合金级对话框
可以通过上面合金库对话框中按钮copy或new激活,或通过Matching alloy grade对话框选择。

Column Field Format 定义结果输出格式,输入‘D’意为dynamic动态的,或输入1~5数字定义小数点后的特征。

二、Sample Manager 窗口
用来选择保存的样品结果,并以大的对话框显示结果库中的样品列表如下:
三、Program Development窗口
用来定义分析程序参数及回归校正,包括以下几个菜单:“文件”、“编辑”、“仪器”、“插件”、“帮助”。

1．File 菜单
其包括的菜单项如上图,具体介绍略。

2、Edit 菜单
用来编辑当前载入分析程序的参数。

2、1Global parameter总体参数
打开相应对话框,用来设置分析程序总的特征值。

打开对话框分析程序已载入,相应的基体元素也已定义,因此program name与base element都不再更改了。

Edit field comments 输入不要过255个字母的注释,包括分析程序应用范围的信息及特殊的样品准备记录。

Automatic program selectim 只有在编辑的分析程序为定位程序时才能选择。

样品的开始测量通过载入的定位程序校正数据的估算,比较于同一基体元素的其它分析程序的校正范围测定浓度并且自动载入合适的程序。

样品的进一步测量有选择的分析程序决定。

Use type calibration 设置此程序进行类型校正,如果几个合金组使用一个总体校正分析程序时建议用此项。

样品的开始测量系统搜索储存的合适的校正样,接下来对在类型校正样中定义的元素载入类型校正。

根据这些类型校正值,分析结果进行转换并输入。

Matrix calculation 控制基体计算的种类,通常选项为“standard”。

分析的校正浓度与含量加与,用100℅减,这个值认为基体含量并以此计算基体校正浓度。

2、2Source parameters光源参数。

打开相应对话框输入当前分析程序的光源参数。

在分析程序校正过程中不能改变光源参数,否则会导致错误分析。

Column Field Cycle 选择测量阶段。

---表示有光源
ARC 电弧激发,低检出限
SAFT 通道装有SAFT硬件,进行特殊信号计算,提高检出限
Sparc1,2,3 火花激发,比电弧激发获得更好的重现性。

0Prespk1、2 预点火,熔融、气化。

Flush 点火前,用Ar/Ar-H2冲洗火花台
Delay 延迟,火花短时间关掉
Calc 浓度计算,有光源
Dark 隐含电流测量,无光源
选择Source Parameters响应按钮显示上图所示表格,具体内容如下:
Column field integr 选此项定义就是否应用浓度测定阶段,例prespark阶段就不包括这一测量阶段。

Column field shutler 选此项定义就是否在测量阶段打开光路遮板。

标记就表明遮板打开了。

记录光信号时需要打开遮板,因此所有分析测量阶段都需要打开遮板。

Column field SEREPS如果样品的prespark time没有固定值而就是自动控制选此项。

点击响应按钮spark control,对话框中某些栏目变为如下内容:
Column field badsmp det 如果要测量不好的样品时点击此项。

使用SATEUS或SETEME 必须标记此项。

Column field good spark ℅在此输入要求的好的火花百分率。

如果预设值达不到,系统就会停止测量阶段并在测量窗口显示出相关信息。

Column Field Max、Time(s) 输入允许的最大Prespark时间,它通常为规则的prespark 时间的二倍,例20s的prespark时间意味着最大时间为40s、
Column Field SEREPS PM 输入作为SEREPS通道的硬件通道序号。

PM即为光电倍增管。

Column field sample 选择标准化SEREPS通道的标样,通常选空白样。

Column field deviatim ℅定义单一火花允许的强度(℅),不同于作为可接受好火花的平均强度(℅)。

Column field recall int 显示测定强度作为标准化SEREPS 通道的平均强度。

系统自动输入标准化强度值,此值不会被更改。

2、3 Element Parameter 元素参数
打开相应对话框,以表格形式显示,包括载入分析程序的所有元素。