CN1070609C - 光谱分析方法和分析系统 - Google Patents

Abstract

样品中多种元素被指定为监测元素。每次激发样品时，检测和存储监测元素和待测元素的谱线光强。从存储的数据确定出监测元素各自的谱线光强的分布。根据该分布，确定监测元素各自的谱线光强的优选区。参照存储的数据，累加每次激发监测元素的谱线光强在优选区内时待测元素的谱线光强。

Description

光谱分析方法和分析系统

本发明涉及一种光谱分析方法和系统。

以往，EP0009766A公报公开了一种发射光谱分析装置，其中包括：激发样品使之产生辐射的激发装置；对样品的辐射进行光谱分析的光谱分析装置；谱线光强的检测装置以及谱线光强数据的存储装置。

火花放电的光谱分析是这样进行的：在放电电极和样品之间产生火花放电，对火花进行光谱分析。每次进行放电时放电的光发射是不同的。

因此放电要重复数千次来累加各个元素谱线的光量。对于定量分析，把到达一预定量的、均匀地散布在样品中的一种单一的元素作为一内标元素。该内标元素的谱线的光强被累加。在该内标元素的谱线的光量的累加值达到一预定的量时的待测元素谱线的光强的累加值被用来作为分析的定量值。但是火花放电的光量是不规则的。在光量处于规则区以外的放电时，待测元素谱线的光强不总是与内标元素谱线的光强成比例的。因此，仅仅对大量的测量数据进行累加无法提供高度准确的分析。

以往为解决上述问题，每次放电时，只要内标元素谱线的光强在某一区域内，就对该内标元素和待测元素的谱线的光强进行有选择的累加。然而，该内标元素的谱线的光强取决于它的含量。因此该方法的缺点在于，如果该内标元素谱线光强的选择区被预先确定，该内标元素的含量的变化就受到限制而这种分析就只能限于分析一已知样品。虽然监测单个内标元素可以反映放电本身，但不足以消除对诸如针孔和障碍物等缺陷对火花的影响。

因而本发明的目的在于提供改进的光谱分析方法和分析系统。简要地说，根据本发明，在光谱分析中，样品中多种元素被定为监测元素。每次激发样品时，诸监测元素和待测元素的谱线光强被检测和存储。以所存储的数据确定出各监测元素的谱线的光强分布。再基于该分布，确定出各监视元素的谱线光强的优选区。参照所存储的数据，在每次激发监测元素的谱线光强处于优选区内时，对待测元素的谱线光强进行累加。

根据该光谱分析仪和分析方法，除内标元素以外均匀地容纳的其他元素被用作监测元素。只要多种监测元素的各自谱线的光强均处于各个预定的水平，这时待测元素的数据就用作有效数据。由于样品的某些缺陷、较差的放电、光的弥散(变位)等造成的无效数据能被有效地去除。为确定预定的水平，该分析被重复一千到几千次，每次激发时都检测并存储每个监测元素与待测元素的各自谱线的光强。基于这存储的数据，确定诸监测元素的各自谱线的光强分布从而可方便和可靠地设定诸监测元素各自的预定水平。

本发明将通过下面仅仅作为举例说明而不是对本发明进行限定的详细描述和附图而变得更易理解。其中，

图1示出根据本发明较佳实施例的分析系统的框图；

图2示出由分析系统给出的测试数据；

图3示出根据本发明另一个较佳实施例的分析系统的框图。

图1示出根据本发明分析系统的框图。系统中设有用于使样品3火花放电的火花室1，该火花室1充满氩气。火花放电电路2用来产生火花放电的脉冲。一对置电极4置于样品3的前面。来自火花放电电路2的高电压脉冲加在对置电极4与样品3之间，从面使对置电极4与样品3之间产生火花放电。一内部形成真空的分光光度计5。入射光缝6用来从对置电极4与样品3间发出的火花光引出平行的光辐射。该平行光辐射被导向一预定的方向。由衍射光栅7提供光谱分析。出射光缝8至11的位置安排得使火花经衍射光栅7衍射在光谱图像投影上被导向诸监测元素的各自谱线的位置上。这样，火花通过各自的出射光缝8至11只入射到光电倍增管12至15上。电路设有单脉冲累加器16至19用来累加由光电倍加管12至15检测出的每次火花的谱线光强信号。设有开关装置20用来将由累加器16至19累加得到的累加值(原始数据)送给模/数(A/D)变换器21。该A/D变换器21用来将所接收到的简单数据转换成数字信号。设有存储器22用来存储原始数据和别的数据。微机23用来根据存储在存储器22中的数据控制各自的元素并计算测试的值。

样品3和对置电极4间的火花放电重复一千至几千次来对每次火花测出如图2(A)至图2(C)所示的监测元素各自的光强。图2中，对于各种监测元素在时间轴上相同位置的纵线的长度表示一次火花谱线的光强。给出的监测元素各自谱线的光强数据然后被存储进存储器22中。从存入存储器22中的数据，确定出监视元素(内标元素、O和H等)原始数据的平均值和偏差值σ。依照数据的离散(偏差)状况而确定出有效区。例如，内标元素的有效区设定为平均值上下2σ。其他监测元素的有效区设定为低于平均值+2σ。过分强的O和H的谱线光强被排除的原因是这些元素可能形成氧化物和氢氧化物从而成为样品中的障碍物和结晶边界的沉积物。这些元素的光强很大的原因被认为是障碍物和结晶边界散射火花引起的。只要火花是这样的情况，即各个监测元素的原始数据均在如此确定的监测元素的有效区内，该火花产生的内标元素和监测元素的谱线光强被当作从存储器22的数据中分离出的有效的原始数据。即，若监测元素的任何数据在有效区外(图2中火花④,⑤,⑥和⑩)，这些火花的任何测试数据都不作为有效的测试数据。累加待测元素和内标元素的分离出的有效原始数据。该内标元素的累加达到一预定的值时的待测元素的累加值被输出作为测试数据。否则，如图2(E)所示，确定出对于同一次火花待测元素的有效原始数据与内标元素的有效原始数据的比值，而以比值的平均值作为测试数据。

图3示出另一较佳的实施例，其中的对置电极4由激光枪30代替，火花放电电路2由激光枪驱动电路31取代，这样样品3就由激光束激发。其他部分和数据处理操作均类似于上面的实施例。

较合适的激光器是有较短激光脉冲和高输出性能的N2激光器。当N2激光束在低于数百帕(几torr)的压力下入射到一金属样品上时，产生小直径的连续(白)的一次等离子体和以半球形式环绕连续(白)的一次等离子(plasma)体的二次等离子体。使用发射出的二次等离子体是因为二次等离子体能避免本底的影响而提供高的分析准确性。激光束可以通过扫描扩展到样品3的整个表面。在上面的用火花放电的实施例中，火花放电的放电位置是随机的，如果放电位置移到一个点上，就不同能得到样品3的整个表面上的一致的分析结果。但在本较佳实施例中，激光束的照射通过扫描在样品3的整个表面上进行。因此，在本实施例中，样品3的整个表面的平均分析结果是可信的。

对多种元素进行如上所述的监测使得仅在所有的监测元素的数据均被认为合适时的火花所给出的数据才当作有效。异常的数据被有效地剔除以提高测试准确性。用于去除异常值的预定水平可自动地设定所以可以很方便和可靠地建立预定水平。该预定水平是根据实际的测试值而确定的。如果以不锈钢的元素铁作为一内标元素，铁的比率取决于不锈钢的类型，所以铁的谱线的平均光强也彼此不同而取决于钢的类型。即使无法确定不锈钢的类型，该预定水平仍能自动地地较好地设定。氧和氢被选作监测元素时也是如此，氧和氢存在于自然界，不同样品，氧和氢的组份也不同，但也完全可以为这些监测元素设定预定水平。

以上虽然仅描述了本发明一些特定的实施方案，但显然对于本领域的技术人员来说，是完全可以在不脱离本发明权利要求书中的精神和范围的情况下对之进行种种的改变和变化的。

Claims (7)

1．一种光谱分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

指定样品中多种元素作为监测元素；

多次激发样品；

每次所述样品被激发时检测所述监测元素和待测元素的谱线光强；

存储所检测到的谱线的光强；

基于所述存储的数据得到所述监测元素的谱线光强的分布并根据所述分布确定所述监测元素的谱线光强的有效区；

只要所述监测元素的谱线光强在依据所述存储数据确定的有效区内就累加各次激发时的所述待测元素的谱线光强。

2．如权利要求1所述光谱分析方法，其特征在于，所述确定步骤中包括确定所述监测元素的谱线光强的平均值和偏差值。

3．如权利要求1所述光谱分析方法，其特征在于，所述激发步骤是通过放电进行的。

4．如权利要求1所述光谱分析方法，其特征在于，所述激发步骤是通过激光照射进行的。

5．一种如权利要求1所述方法使用的光谱分析系统，包括：

用来使样品激发和发射的激发装置；

用来对所述样品的发射进行光谱分析的光谱分析装置；

用来检测由所述光谱分析装置在每次样品发射时光谱分析的谱线光强的检测装置；以及

用来存储谱线光强的存储装置，

其特征在于，还包括：

用于根据所述存储装置存储的数据，通过确定所述监测元素的谱线光强的平均值和偏差值来获得多种指定的监测元素的谱线光强的分布，并根据所述分布确定所述监测元素的谱线光强的有效区的确定装置；以及

用于只要所述监测元素的谱线光强在有效区内就累加各次激发时的待测元素的谱线光强的累加装置。

6．如权利要求5所述的光谱分析系统，其特征在于，所述激发装置包括放电装置。

7．如权利要求5所述的光谱分析系统，其特征在于，所述激发装置包括激光照射装置。

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