蘆英

【摘 要】科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步帶動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用著許多先進(jìn)的技術(shù)。這些技術(shù)借助于儀器得以準(zhǔn)確的體現(xiàn)物質(zhì)的成分以及含量，便于人們進(jìn)行深入的認(rèn)識和研究。許多金屬在工業(yè)中都有重要的作用，現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)對金屬的需求量加大，對礦區(qū)的開采同時(shí)增加，通過科學(xué)的方法檢測物質(zhì)的成分及含量顯得十分的必要?？茖W(xué)的測量可以定性定量的分析物質(zhì)的特性，是我們判斷物質(zhì)的價(jià)值，做出正確的決策的重要依據(jù)。現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展迅速有許多儀器被利用到了實(shí)際工作中，光柵攝譜儀就是檢測物質(zhì)成分含量的儀器，隨著科學(xué)的進(jìn)步，該儀器得到完善演變?yōu)楣怆娭弊x光譜儀。下面我們就來詳細(xì)地論述光柵攝譜儀和光電直讀光譜儀各自的原理、特點(diǎn)，并比較他們的優(yōu)缺點(diǎn)，為實(shí)際工作提供一些借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】光柵攝譜儀；光電直讀光譜儀；優(yōu)缺點(diǎn)

0.引言

分析物質(zhì)的成分有助于我們理解自然界，更有助于我們?nèi)粘５纳a(chǎn)活動(dòng)，只有清楚分析物質(zhì)的成分，才能對物質(zhì)進(jìn)行合理的使用，并對物質(zhì)進(jìn)行必要的提煉和結(jié)合。地質(zhì)學(xué)、機(jī)械工業(yè)、化工產(chǎn)業(yè)等更多的涉及到物質(zhì)成分以及含量，地質(zhì)學(xué)中對物質(zhì)的含量做出準(zhǔn)確的分析可以幫助我們認(rèn)識到礦區(qū)的價(jià)值，為我們決定各種金屬的提煉方法做出重要的依據(jù)；機(jī)械工業(yè)中對物質(zhì)成分的分析可以建造生產(chǎn)生活所需的物品，并檢測物質(zhì)的質(zhì)量；化工產(chǎn)業(yè)中對物質(zhì)的正確認(rèn)識才可以正確配比，產(chǎn)生期待的物質(zhì)。

現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)水平不斷的提高，科學(xué)理論不斷的深入，各個(gè)領(lǐng)域中引進(jìn)多種先進(jìn)的技術(shù)的同時(shí)創(chuàng)造出許多輔助使用的儀器。這些儀器根據(jù)物質(zhì)的物理特性或者化學(xué)特性進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過可觀測的現(xiàn)象的變化或者具體數(shù)據(jù)的顯示來得出研究結(jié)論，有助于我們正確認(rèn)識事物，做出適當(dāng)?shù)臎Q策。檢測物質(zhì)成分中光柵攝譜儀就是一種很重要的儀器，曾被使用在眾多領(lǐng)域，帶動(dòng)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但隨著社會(huì)的發(fā)展，其缺點(diǎn)越來越明顯，這種儀器不能適應(yīng)時(shí)代的要求而逐漸的被光電直讀光譜儀所取代，雖然后者也有一些缺點(diǎn)但是目前最為準(zhǔn)確可靠方便的儀器，下面我們就來詳細(xì)的論述這兩種儀器的具體情況：

1.光柵攝譜儀

光柵攝譜儀儀器利用平面反射式光柵分光研究物質(zhì)的成份和含量，主要用于金屬合金（包括礦物井石）的日常定性定量分析，純金屬和材料的雜贊同鑒定，與各種附件配合，用作激光微區(qū)分析、記錄閃光和弱光現(xiàn)象。

主要特點(diǎn)：儀器采用三透鏡消色差照明方法，狹縫得到均勻照明，使同一條譜線黑度均勻。儀器狹縫前的哈特曼光欄盤上設(shè)置哈特曼光欄及三階，九階減光板。使用控制箱控制攝譜過程。儀器配備直流電弧，交流電弧光源，以適應(yīng)不同分析任務(wù)的需要。

儀器介紹：WP1一米平面光柵攝譜儀是在200nm-800nm波段范圍內(nèi)作發(fā)射光譜分析的儀器。廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、冶金、機(jī)械、石油化工等部門作光譜定量和定性分析。二米平面光柵攝譜儀廣泛地用于地質(zhì)、冶金、石油、化工、機(jī)械等工業(yè)部門對礦石、礦物的光譜全分析，金屬及其合金的元素含量分析以及高純物質(zhì)的雜質(zhì)痕量分析，稀有元素及稀土元素的定量分析。定光柵攝譜儀廣泛應(yīng)用于光源制造及研究（如LED等）、農(nóng)業(yè)、化工、醫(yī)藥、生物、石油及印染等行業(yè)的光譜及色度特性的在線測量，還可以進(jìn)行透射、吸收及熒光光譜等的測量。

2.光電直讀光譜儀

光電直讀光譜儀為發(fā)射光譜儀，主要通過測量樣品被激發(fā)時(shí)發(fā)出代表各元素的特征光譜光（發(fā)射光譜）的強(qiáng)度而對樣品進(jìn)行定量分析的儀器。目前無論國內(nèi)還是國外的光電直讀光譜儀，基本可按照功能分為4個(gè)模塊，即：（1）激發(fā)系統(tǒng)：任務(wù)是通過各種方式使固態(tài)樣品充分原子化，并放出各元素的發(fā)射光譜光。（2）光學(xué)系統(tǒng)：對激發(fā)系統(tǒng)產(chǎn)生出的復(fù)雜光信號進(jìn)行處理（整理、分離、篩選、捕捉）。（3）測控系統(tǒng)：測量代表各元素的特征譜線強(qiáng)度，通過各種手段，將譜線的光強(qiáng)信號轉(zhuǎn)化為電腦能夠識別的數(shù)字電信號?？刂普麄€(gè)儀器正常運(yùn)作（4）計(jì)算機(jī)中的軟件數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：對電腦接收到的各通道的光強(qiáng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行各種算法運(yùn)算，得到穩(wěn)定，準(zhǔn)確的樣品含量。

光電直讀光譜儀4個(gè)模塊的種類和特點(diǎn)：

2.1激發(fā)系統(tǒng)

（1）高能預(yù)燃低壓火花激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛：采用高能預(yù)燃，大幅降低了樣品組織結(jié)構(gòu)對原子化結(jié)果的影響。

（2）高壓火花激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛：采集光強(qiáng)不穩(wěn)定。

（3）低壓火花激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛：對同一樣品光強(qiáng)穩(wěn)定，但是對于樣品組織結(jié)構(gòu)對原子化的影響無能為力。

（4）直流電弧激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛：對樣品中的痕量元素光譜分辨率和檢出限有好效果。

（5）數(shù)控激發(fā)光源+高純氬氣激發(fā)氣氛：按照樣品中各元素的光譜特性，把激發(fā)過程分為靈活可調(diào)的幾個(gè)時(shí)間段，每段時(shí)間只針對某幾個(gè)情況相近的元素給出最佳的激發(fā)狀態(tài)進(jìn)行激發(fā)，并僅采集這幾個(gè)元素。把各元素的激發(fā)狀態(tài)按照試驗(yàn)情況進(jìn)行分類討論）。

2.2光學(xué)系統(tǒng)

（1）帕邢-龍格光學(xué)系統(tǒng)（固定光路，凹面光柵及排列在羅蘭軌道上的固定出射狹縫陣列）：光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，笨重，體積大。

（2）中階梯光柵交叉色散光學(xué)系統(tǒng)（采用雙單色器交叉色散技術(shù)，達(dá)到了高級次同級的高分辨率，同時(shí)又用二次色散解決了光譜的級次重疊問題）：體積小，分辨率高，一般采集接固體成像系統(tǒng)。

2.3測控系統(tǒng)

2.3.1測量系統(tǒng)

（1）光電倍增管+積分電路+模數(shù)轉(zhuǎn)化電路：一般作為帕邢-龍格光學(xué)系統(tǒng)或C-T光學(xué)系統(tǒng)的光譜采集器，一個(gè)光電倍增管加上之后的電路只能采集一根譜線的強(qiáng)度。

（2）CCD/CID檢測器+DSP：一般作為中階梯光柵交叉色散光學(xué)系統(tǒng)的采集器，靈敏度略低于光電倍增管，但是可做全譜采集。

2.3.2控制

（1）多層光電隔離的激發(fā)控制+光路控制+采集控制。

（2）采用高抗干擾的通訊協(xié)議進(jìn)行可又?jǐn)?shù)據(jù)反饋的高效率控制。

2.4計(jì)算機(jī)軟件及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

（1）內(nèi)標(biāo)法（2）通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)繪制曲線。（3）通過PDA技術(shù)篩選數(shù)據(jù)。（4）通過軟件通道的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行背景、以及第三元素干擾的去干擾運(yùn)算。（5）通過控制樣品找回儀器的漂移量。

3.兩者優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.1光柵攝譜儀的優(yōu)點(diǎn)是

（1）適用的波長范圍廣。

（2）具有較大的線色散率和分辨率，且色散率僅決定于光柵刻線條數(shù)而與光柵材料無關(guān)。

（3）線色散率與分辨率大小基本上與波長無關(guān)。

其不足之處是光柵會(huì)產(chǎn)生羅蘭鬼線以及多級衍射線間的重疊而出現(xiàn)譜線干擾。

3.2光電直讀光譜儀的優(yōu)點(diǎn)是

（1）分析速度快。

（2）準(zhǔn)確度高，相對誤差約為1%。

（3）適用于較寬的波長范圍。

（4）光電倍增管對信號放大能力強(qiáng)，對強(qiáng)弱不同譜線可用不同的放大倍率，相差可達(dá)10000倍，因此它可用同一分析條件對樣品中多種含量范圍差別很大的元素同時(shí)進(jìn)行分析。

（5）線性范圍寬，可做高含量分析。

缺點(diǎn)為：出射狹縫固定，能分析的元素也固定，也不能利用不同波長的譜線進(jìn)行分析；價(jià)格昂貴。

4.結(jié)語

研究的進(jìn)行需要一定的儀器作為輔助，甚至有的研究可以直接通過儀器的分析綜合得出結(jié)果。在檢測物質(zhì)成分以及含量中，光柵攝譜儀曾是一種重要的儀器，這種根據(jù)物質(zhì)物理特性研究而得的儀器較為準(zhǔn)確的顯示了物質(zhì)的成分，但因其受干擾因素較多嗎，結(jié)果不十分穩(wěn)定逐漸被更為先進(jìn)的設(shè)備代替?，F(xiàn)在常用的檢測物質(zhì)成分的儀器主要是光電直讀光譜儀，該儀器較好的彌補(bǔ)了光柵攝譜儀的缺點(diǎn)，大大提高了檢測的準(zhǔn)確率，研究結(jié)果更加科學(xué)可靠。但其造價(jià)較高，不能廣泛適用所有元素仍然存在一定的局限性，需要我們不斷的進(jìn)行研究和探討，設(shè)計(jì)更為優(yōu)質(zhì)的儀器輔助我們的研究生產(chǎn)。

【參考文獻(xiàn)】

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[3]郜洪文.光譜分析與光譜測量.中國光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)文摘，1995.