[发明专利]一种光谱分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光谱分析方法，对样品中元素的含量进行检测。

背景技术

原子发射光谱法是利用原子或离子在一定条件下受外界条件激发而发射的特征谱线来分析物质化学组成的分析方法。主要是根据原子发射光谱的谱线强度与被分析样品中待分析元素的浓度成一定关系来进行定量分析。

直读光谱仪是原子发射光谱仪的一种，主要用于金属成分的检测，应用领域包括材质检验、炉前分析等。直读光谱仪的装置如图1所示，包括激发装置1、电极2、金属样品3、分光装置4、测量装置5和数据处理装置6。其工作原理为：激发装置1产生一个高压脉冲，施加在电极2与金属样品3之间，金属样品的一部分原子蒸发，同时高压脉冲将电极2与金属样品3之间的气体(空气或保护气体)电离，形成电阻较低的等离子区；激发装置1向等离子区输出电流，等离子区中蒸发的金属样品原子在电流的作用下被激发，内部电子跃迁，辐射出大量原子谱线；谱线的半宽仅为皮米量级；谱线波长与元素的种类有关，强度与元素的含量有关。

分光装置4将谱线按波长顺序分开，测量装置5探测谱线的强度得到谱线强度。数据处理装置6根据谱线强度建立分析模型或计算样品的元素含量。

元素含量与谱线数据之间的分析模型可近似表示为下式：

c=Σm=0namIm---(1)]]>

式中，c表示元素含量(或分析元素与基体元素的含量比，称“诱导含量”)，a_m表示系数，I表示谱线数据，为分析线的谱线强度或分析线与内标线的谱线强度之比，或内标线与分析线的谱线强度之比，n表示最高次幂；直读光谱仪中，n一般等于2，少数情况下为1或3。

在实际应用过程中，需要首先利用元素含量已知的标准样品建立元素含量与分析元素特征谱线的谱线强度之间的定量关系，然后再进行元素含量的分析。

但待分析元素一般在扫描光谱(全光谱)范围内会有多条特征谱线。例如：在以铝元素为基体元素的被分析样品受到外界条件激发后，在紫外可见光全谱段范围内，铝元素会在265.25nm、266.04nm、305.71nm以及358.67nm等4个波长处出现明显的特征峰，这些特征峰我们称为铝元素的特征谱线。

在实际分析过程中，被分析样品物理化学性质等因素将会给谱段范围内的各特征谱线带来不同程度的影响。如，以铝元素为基体元素的被分析样品中，不同含量的硅元素能直接影响被分析样品受光源激发时的激发等效温度的变化，从而影响各元素特征谱线的谱线强度；且硅元素的含量也会直接影响被分析样品的物理特性，从而间接影响被分析样品的受激发程度，进而影响各特征谱线的谱线强度，并最终影响根据元素含量与谱线强度建立的分析模型的准确性。

传统的分析方法多依靠人为经验选择相应元素的单一特征谱线建立分析模型，这样能够实现一定含量范围内样品元素含量的测定，但仍然存在以下问题：

1、分析模型建立过程复杂

待分析元素在光谱扫描范围内可能对应多条特征谱线，如，镁元素可能存在Mg285.2nm和382.9nm的特征谱线，当分析低含量的镁元素时，通常选择Mg285.2nm作为特征谱线；当分析高含量的镁元素时，一般选择Mg382.9nm作为特征谱线；对于这种情况，需要针对每条特征谱线建立相应的分析模型；建模过程复杂繁琐，分析模型的通用性较差；

2、分析过程需要人工干预

对于不同的特征谱线需要建立不同的分析模型；则对于同一个元素，需要建立多个分析模型；而在实际使用过程中，对不同的待分析样品进行分析时，需要根据元素含量范围和分析效果，以人工干预的方式不断更换适合分析待分析样品的分析模型；分析过程麻烦，且无法确定哪个分析模型分析结果更准确；分析结果相对比较主观；

3、分析结果稳定性差