[发明专利]用于光学发射光谱分析的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于光学发射光谱分析的装置和方法，具体地但不排他地涉及用于光学发射光谱分析的火花发生器、光谱仪和方法。

背景技术

光学发射光谱分析(optical emission spectroscopy，OES)，也被称为原子发射光谱分析(atomic emission spectroscopy，AES)，是对样品的元素进行分析的技术，并且例如在固体、金属样品分析中特别有用。本发明涉及OES，其中火花(以下用来指任何电火花、电弧或放电)用于快速蒸发样品并激发蒸发的样品中的元素，即，所谓的火花OES。当发生从激发态到较低能态的跃迁时，样品的激发的元素发出光。每个元素发出表示其电子结构特征的离散波长的光，其也被称为谱线。通过检测谱线，OES可以提供样品的元素组成的定性和定量的确定。因此火花光学发射光谱仪包括激发样品中的元素以发出光的火花发生器、使发出的光色散成离散波长的光学系统、对色散的光的光强度进行检测的检测系统、以及对来自检测系统的表示光强度的信号进行存储和处理的数据存储和处理系统。为了建立充足的数据以确定组成，通常采用连续的火花并且累积由这些火花产生的结果数据以进行处理。

在OES中，产生一系列火花以激发样品的火花发生器优选地应该产生具有稳定能量输出和高度再现性的火花以实现高精度的测量。

传统的模拟火花发生器(其中，电容器通过电阻和电感(RLC电路)放电以未调制的方式产生火花)不允许对电流波形或火花分布(profile)进行大量控制，因此再现性低。因此，样品中成分(components)测量的准确性受到不利影响。模拟火花源的电流波形的特征通常是在较长时间内，在电流以指数方式逐渐下降或衰减之前，火花电流相对缓慢地(相比于以下所述的数字源)上升到宽峰。已经发现，这种未调制的电流分布不那么适合样品中微量元素的分析。虽然分析金属中的合金元素可能比分析微量元素要好些，但是即使在这种情况下，由于火花再现性差，因此模拟产生的火花仍导致上述差的测量精度。

产生调制的火花的所谓数字火花发生器(例如EP 396 291 B1中所描述的)是已知的并且这些火花发生器寻求解决上述问题中的一些问题。在此引用的文献中描述了一种火花发生器，包括用于测量火花期间的火花电流、将火花电流与基准电流相比较并基于基准电流将火花电流调整为预定值的装置。基准比较的采样率据说是50-200KHz。基准电流存储在计算机中，作为火花电流波形的程序的一部分。现有技术描述的调制的电流波形一般具有高幅值(高电流)和相对较短持续时间的单一初始峰，随后是持续时间较久的调制的低电流衰减，其有些类似于电流平台(current plateau)。高幅值峰在强度上可能比电流平台高5倍。这种波形在EP 396 291 B1的图4中示出。初始的高电流峰被描述为主要用于样品的蒸发，持续时间较久的电流用于激发蒸发的样品中的原子。已经发现，这种电流分布在检测微量元素方面比模拟火花源的分布要好，但是不那么适合金属合金样品中合金元素的分析。

在JP 8-159973 A和EP 318 900 A2中，描述了另一种火花源，其中产生两部分电流。首先产生单峰的高电流部分，其次产生包括强度逐渐降低的两个或三个峰的低电流部分。由于使用无源电路，这些火花源面临缺乏控制的问题。具体地，通过不同值的电容器和电感器，电流峰的幅值和持续时间是固定的。在EP 84566 A中，公开了采用衰减振荡电流源并采用无源电路(即，谐振LC电路)的火花源，因此也面临缺乏控制的问题。电流包络简单地沿着指数衰减曲线降低，其峰频率由电路的谐振频率确定。

采用电荷耦合器件(CCD)检测器作为光检测器的OES仪器的另一问题是，随着时间推移，这种检测器的响应可能退化。期望的是减少这种退化(deterioration)的速度。

根据上述背景，做出本发明。

发明内容

根据本发明，提供了产生用于光学发射光谱分析(OES)的火花的火花发生器，其中，火花具有电流波形，该电流波形包括第一调制部分以及相对低电流和低陡度的第二调制部分，第一调制部分包括具有可变的幅值和/或峰间持续时间的多个相对高电流和高陡度峰，第二调制部分基本上没有调制的峰。

根据本发明的另一方面，提供了包括根据本发明的火花发生器的光学发射光谱仪。

根据本发明的火花发生器和光学发射光谱仪优选地用于执行下述根据本发明的方法。

根据本发明的其它方面，提供了光学发射光谱分析的方法，包括：