CN1796983A - 发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法及新光源设备 - Google Patents

Abstract

一种发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法：首先将被测样品置入电极穴中；选定对应值的大电容并入控制电路中；充入氩气并启动光源发生装置，激发高能量大火花，在高能量大火花下激励样品使之辐射。一种实现该方法的新光源设备，包括光源发生装置及其一对发射电极，光源发生装置内置的控制电路包括：一电源，其一路输出接至两阻隔高频保护电源电感的一端，该电感的另一端并入一大电容；电源的另一路输出接高压变压器，高压变压器的次级线圈再接至电感可调的高频变压器，高频变压器的次级线圈一端经保护电路接至分析间隙的一端，其另一端接至分析间隙的另一端。该设备还配有一带有上下气孔的旋流气室，在旋流气室的两相对侧各开一进气口。

Description

发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法及新光源设备

技术领域

本发明涉及一种发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法及其新光源设备。

背景技术

对于稀有金属中碳、硫、磷(C、S、P)的光谱分析方法，直到目前为止，国内外主要方法是用真空光量计火花分析钢中或油⁽²⁾中的C、S、P，其缺陷是对于有色和稀有金属中的C、S、P分析灵敏度相对较低，而且常受多谱线和大背景的干扰和影响。

在现有对稀有难熔及稀土光谱分析中常采用一套系统设备，如图4所示：由光源设备的火花放电光源装置201’激励电极202’产生电弧、火花，激发电极穴2021’中的被测物质中的等离子体，通过光谱分析仪4’对其进行拍摄、统计、分析，工作中同时通入Ar气(可由Ar气罐3’提供)使电弧、火花与外围氧气隔离，以在火花激发中用作防氧化气氛保护。通常的做法是采用一上下直通式气氛控制箱1’，直接由一口通入Ar气，另一口出气(图中箭头指示的为气路走向)，而形成对火花的包围，但相对来说，这种直通式气氛控制箱耗气量大，每分钟用气量为20升/分，且对电容火花放电保护力度有限；连续工作性差，每检测一次需要停机更换电极穴中的被测物质后用Ar气洗涤再启动。

上述的现有光源设备的火花放电光源装置202’是由内置控制电路的电控箱构成，控制电路一般采用电弧火花的经典线路，其中所用电容为0.01-6.0uuF，产生的火花能量较低，对一些稀有金属中易解离的难熔主体(包括稀有金属中碳、硫、磷的光谱分析)则分析不力，灵敏度低，已不能满足分析要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法，采用该方法可在常用分析波段进行分析有色及稀有金属中C、S、P。

本发明的另一目的是提供一种发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷方法的新光源设备，采用该装置可产生高能量的火花光源，使得对稀有金属中碳、硫、磷的光谱分析灵敏度高。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法，其方法如下：

1)将被测稀有金属样品置入电极穴中；

2)根据测定对象选定对应值的大电容并入光源发生装置的控制电路中；

3)由气氛控制室的进气口充入氩气并同时启动光源发生装置，在氩气气氛保护下激发高能量大电容火花，在高能量大火花下激励样品使之辐射。

所述的氩气由位于气氛控制室不同侧的两进气口充入，形成涡流式氩气气氛，氩气充入的流速为3～4升/分钟。

上述步骤2中，当发射光谱分析稀有金属中碳时，选定大电容值为50μF；当发射光谱分析稀有金属中硫、磷时，选定大电容值为5μF为佳。

一种发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法的新光源设备，包括光源发生装置及其输出控制的一对发射电极，所述的光源发生装置由内置控制电路的电控箱构成，所述的控制电路包括：

一电源，电源一路输出接至两阻隔高频保护电源电感的一端，两阻隔高频保护电源电感的另一端并入一大电容；

电源的另一路输出接高压变压器，高压变压器的次级线圈再接至电感可调的高频变压器，高频变压器的次级线圈一端经保护电路的电容、电阻接至分析间隙的一端，另一端接至分析间隙的另一端。

该新光源设备中还配有一气氛控制室，包括带有上下气孔的旋流气室，在旋流气室的两相对侧各开一进气口。

本发明的优点是：

1、分析灵敏度高：产生的高能火花光源对稀有金属中碳、硫、磷的分析灵敏度较现有技术可提高数倍。

2、Ar气控制效果佳：可进一步减小主体的影响，提高稀有金属中碳、硫、磷的激发效率。一方面降低大火花带来的大背景辐射，提高信一噪比及分析灵敏度，另一方面可降低电极温度，提高溅射蒸发的程度及火花稳定性。

附图说明

图1为本发明新光源设备火花放电光源装置的电原理图

图2为本发明新光源设备的旋流气室结构示意图

图3为图2中A-A剖面结构示意图(图中箭头指示的为气路走向)

图4为现有光谱分析中整体系统设备构成示意图

图5为本发明分析曲线图

图6为本发明分析曲线图

具体实施方式

本发明发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法的新光源设备，亦类同现有技术设备设置，包括光源发生装置及其输出控制的一对发射电极(可参考图4中所示)，其特征点在于对光源发生装置内置的控制电路及电弧、火花外围的气氛控制箱的改造。

如图1所示，所述的光源发生装置由内置控制电路的电控箱构成，内置的控制电路包括：

一电源，电源一路输出接至两阻隔高频保护电源电感L1、L2的一端，两阻隔高频保护电源电感L1、L2的另一端并入一大电容C；

电源的另一路输出接高压变压器T1，高压变压器T1的次级线圈再接至电感可调的高频变压器T4，高频变压器T4的次级线圈一端经保护电路的电容C3、电阻R3接至分析间隙K的一端，另一端接至分析间隙K的另一端。

在上述光源发生装置的内置控制电路中，并入的大电容C可采用5～100μF电容可调。

上述光源的特点为：放电电流较大，最大可达I0A(有效值)，因而激发能量高，激发温度可达10000°K以上。

大电容火花激发光源可提供较好的技术基础。然而，要消除样品主体在电弧中的影响还是不够的，本发明的另一大特色是利用自行设计的旋流气室，用纯Ar气控制使大电容火花放电取得更优良的结果，可进一步减小主体的影响，提高高激发电位杂质的激发效率。一方面降低了大火花带来的大背景辐射，提高了信一噪比及分析灵敏度，另一方面降低了电极温度，提高了溅射蒸发的程度及火花稳定性。对于不易蒸发的难熔物质，因大电容火花的溅射使其均匀蒸发，主体的低电位解离极大的影响高激发电位杂质的激发效率，被大电容火花的激发效率及心气高电离电位的环境所控制，所减少。

上述旋流气室的结构构成可参见图2、图3所示，包括带有上下气孔101的气氛控制箱本体1，在气氛控制箱的两相对侧各开一进气口21、22。

上述两进气口为管道式气口，其中一管道式气口与另一管道式气口的延线夹角θ为12～18°。

在气氛控制箱的非进气口侧设一石英窗3。该石英窗可制成磨口的扣盖式，工作时，扣盖301扣上，只起视窗作用，非工作状态时，扣盖301可拿下，以方便对气氛控制箱清理。

采用本发明的光谱分析用旋流气室进行纯Ar气控制，其工作原理及过程是：用涡流进气，由电极周围出气，消除了以往直通式气氛控制箱中流速大，气压小而引起周围空气的进入，从而控制气氛效果好，并且对等离子体有热箍束效应，从而提高等离子体的温度和激发效率。通过实验测定，让两管道式气口呈一定夹角会使气氛控制效果更好。

上述的光源发生装置中并入的大电容值根据需要可灵活并入，下面是采用实验来测定的结果：

1、光谱实验条件如表1所示

                             表1  光谱实验条件

光谱仪光源气氛电极爆光感板

PGS-2光栅光谱仪，三透镜照明系统，中心波段240.0nm～350.0nm，截距3.2m大火花的电弧.火花组合光源。电容可调5～100uF氩气控制在旋流气室用紫铜车削成o4×4的电极穴装样，对电极为锥形1min天津II型，标准化处理

2、测定电容对灵敏度的影响：

用表1所列条件将电容改变，观察最有利的分析线，用log((I/φ)＝log(I(A+φ)-Iφ)/Iφ)＝log(((I(_A+φ)/Iφ)-I))及用扣背景并用扣背景的信-噪比作灵敏度的表征值来试验。结果如表2。

               表2  电容量对分析灵敏度的影响

其中：S_I(A+Φ)  ——分析线黑度与背景黑度之和；

      S_IΦ      ——背景黑度

      LogR      ——计算值，分析线强度与背景强度之比的对数；

      C_247.8nm、P_330.8nm、S_349.7nm分别为碳(C)、磷(P)、硫(S)的分析线。

3、结果：

分析碳(C)选用247.8，电容量用50uF，而分析磷(P)用330.8nm，硫(S)用349.7nm，电容量用5uF为佳。

故当发射光谱分析稀有金属中碳时，选定大电容C值为50μF；当发射光谱分析稀有金属中硫、磷时，选定大电容值C为5μF为佳。

下面通过具体实施例对本发明进一步说明：

实施例1：

1)用单质C按元素重量可分比加入到Cu中配制一套含量为1％、0.3％、0.1％、0.03％、0.01％的标准。

2)按试验要求，调试光谱分析系统的各单元设备为正常工作状态，将50μF的大电容并入光源发生装置控制电路；

3)将上述配置的被测稀有金属样品置入电极穴中，开启氩气瓶，由气氛控制室的进气口向旋流气室充入氩气，控制流速为3～4升/分钟，并同时启动光源发生装置；

4)高能量大电容火花进发，稀有金属样品在高能量大火花下激发，光谱仪拍摄；

5)记录测定数值，用logC-log((I(_A+φ)/I_φ))作工曲线。

Cu中C分析曲线参见表3

                     表3  Cu粉中C的分析曲线

LogC	0.01	0.03	0.1	0.3	1.0
						LogR	-1.46	-1.10	-0.61	-0.09	0.40

实施例2：

用磷酸钠按元素重量可分比加入Si粉中配制一套含量为1％、0.3％、0.1％、0.03％、0.01％的标准。具体实验步骤同实施例1，不同点在于：将5μF的大电容并入光源发生装置控制电路中；用logC-log((I(_A+φ)/I_φ))作工曲线，Si中P分析曲线参见表4。

                      表4  Si粉中P的分析曲线

LogC	0.025	0.05	0.1	0.3	1.0
						LogR	-1.85	-1.66	-1.49	-1.20	-0.95

实施例3：

用单质S按元素重量可分比加入Si粉中配制一套含量为1％、0.3％、0.1％、0.03％、0.01％的标准。具体实验步骤同实施例1，不同点在于：将5μF的大电容并入光源发生装置控制电路中；用logC-log((I(_A+φ)/I_φ))作工曲线，Si中S分析曲线参见表5。

                   表5  Si粉中S的分析曲线

LogC	0.025	0.05	0.1	0.3	1.0
						LogR	-1.76	-1.62	-1.46	-1.22	-1.01

为了便于说明，将实施例1～3实验测得的数据制成图5、图6。由图5说明，对C的分析，增强激发量对灵敏度是有利的，曲线a斜率较高。在现有条件下S、P灵敏度欠佳，并且高背景影响较大，曲线b，曲线c斜率较低(参见图6)，改善蒸发或分离主体才能进一步提高灵敏度。

Claims (8)

1、一种发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法，其特征在于方法如下：

1)将被测稀有金属样品置入电极穴中；

2)根据测定对象选定对应值的大电容并入光源发生装置的控制电路中；

3)由气氛控制室的进气口充入氩气并同时启动光源发生装置，在氩气气氛保护下激发高能量大电容火花，在高能量大火花下激励样品使之辐射。

2、根据权利要求1所述的发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法，其特征在于：所述的氩气由位于气氛控制室不同侧的两进气口充入，形成涡流式氩气气氛，氩气充入的流速为3～4升/分钟。

3、根据权利要求1所述的发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法，其特征在于：当发射光谱分析稀有金属中碳时，选定大电容值为50μF；当发射光谱分析稀有金属中硫、磷时，选定大电容值为5μF。

4、一种发射光谱分析稀有金属中碳、硫、磷的方法的新光源设备，包括光源发生装置及其输出控制的一对发射电极，所述的光源发生装置由内置控制电路的电控箱构成，其特征在于所述的控制电路包括：

一电源，电源一路输出接至两阻隔高频保护电源电感(L1、L2)的一端，两阻隔高频保护电源电感(L1、L2)的另一端并入一大电容(C)；

电源的另一路输出接高压变压器(T1)，高压变压器(T1)的次级线圈再接至电感可调的高频变压器(T4)，高频变压器(T4)的次级线圈一端经保护电路的电容(C3)、电阻(R3)接至分析间隙(K)的一端，另一端接至分析间隙(K)的另一端。

5、根据权利要求4所述的新光源设备，其特征在于：它还配有一气氛控制室，包括带有上下气孔的旋流气室，在旋流气室的两相对侧各开一进气口。

6、根据权利要求5所述的新光源设备，其特征在于：两进气口为管道式气口，其中一管道式气口与另一管道式气口的延线夹角θ为12～18°。

7、根据权利要求5所述的新光源设备，其特征在于：在气氛控制室的非进气口侧设一石英窗。

8、根据权利要求7所述的新光源设备，其特征在于：所述的石英窗带有磨口的扣合盖。

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