火花源原子发射光谱分析

火花源原子发射光谱法测定合金钢中氮雷宏田;乔云双;王静【摘要】以待测金属试样为阴极、钨电极为阳极,通过火花源放电使待测金属试样表面组分受热蒸发,蒸气在放电间隙被原子化和激发,激发后产生特征光谱,用QSN750(Ⅱ)光电直读光谱仪测定合金钢中氮含量.对氨气流量、冲洗时间、预燃时间、积分时间、共存元素、铁基体影响及消除、工作曲线等进行了探讨.结果表明:中、低合金钢中氮的测定范围为0.005％～0.045％,高合金钢中氮的测定范围为0.010％～0.15％;用标准样品分析,氮元素相对标准偏差(n=6)均＜5％;与化学分析方法对比,火花源原子发射光谱法测定合金钢中氮的再现性符合《GB/T 223.36-1994钢铁及合金化学分析方法蒸馏分离-中和滴定法测定氮量》.【期刊名称】《汽车工艺与材料》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】3页(P60-62)【关键词】火花源原子发射光谱法;合金钢;氮【作者】雷宏田;乔云双;王静【作者单位】中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春130011;中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春130011;中国第一汽车股份有限公司技术中心,长春130011【正文语种】中文【中图分类】O657.3氮是一种有害的杂质元素。

含量较高时，导致钢的宏观组织疏松，甚至形成气泡，使钢的韧性下降、硬度增加，同时也产生蓝脆现象，因此控制钢中氮的含量非常必要。

目前常用的仪器分析法为惰性气体熔融热导法，但该方法对制样要求很高，而且操作不方便。

火花源原子发射光谱法[1-3]测定合金钢中氮这一新技术解决了氮含量测定制样难的问题，还可以同时测定其它元素，具有提高工作效率、降低成本等优点。

a.QSN750（Ⅱ）光电直读光谱仪：德国OBLF公司；b.氩气：纯度为99.999%；c.合金钢标准样品：德国OBLF公司系列标准样品；d.定距规：分析间隙4mm；e.钨电极：Φ6mm，顶端为90°的圆锥钨棒；f.砂轮机：附有粒度为0.420mm的氧化铝砂轮片。

关键 词 ： 花 源 原 子 ； 射 光 谱 ； 钛 生 铁 ； １ 火 发 钒 白 ３化试 样 中 图分 类 号 ： Ｇ１ ５ Ｔ １ 文 献 标识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ ３ １ ８ （０ ７ ０ － ０ ２ ０ １７ — ９ ０ ２０ ）２ ０ ２ － ４
近 年来 。 随着 攀 钢炼 钢 生 产节 奏 的加 快 和优 碳 钢 比例 的增加 。 脱硫 提钒 、 炼钢 工 序急需 提前 预知铁
由于灰 口铁组织 是 由片状 石 墨与金 属基体 组成
（） ３ 取样 结 束后 ， 开耐 火 材料 ， 敲 迅速 将 模 具 和
的非 固溶 体 ， 法采 用火 花源原 子发 射光谱 法分 析 。 无 白 口铁 组织 主 要是 化 合态 组 成 的 固溶 体 ， 能够 采 用 光谱 分 析 ， 试 样 的体 积 与 取样 及 冷却 方 式 直接 影 但
本 方 法采 用纸 管 取样 器 插入 取 样 ， 管 取样 器 是 由 纸
钢 板压 成 的两 个 帽型 合 成 的 中空模 具 ， 用 耐 火材 外
料包 裹并 固定 。 图 １ 见 。
收 稿 日期 ： Ｏ ６ ｌ — ｌ ２ ｏ 一 ２ ２
图 ２ 试 样
作 者简 介 ： 王娟 （９ ２ ）女 ， 南 省 陆 良县 人 ， 钢 技 术 质 量 部 综 合 化 验 室 助 理 工 程 师 。 １７ 一 ， 云 攀
Ｔ 含 量 的测 定方 法 。 足 了 攀钢 脱 硫 、 钢 的 生 产 ｉ 满 炼
需 要
１ 实 验 部 分
１１ 取 样及试 样 白口化 处理 ．
径 ３ ｍ。 度 １ ｍ。 ５ｍ 厚 ５ｍ （） ２ 为避 免试 样 中夹 渣 ， 样 器插 入 深度 应 大 取

• 处于高能级的电子经过几个中间能级跃 迁回到原能级，可产生几种不同波长的 光，在光谱中形成几条谱线。一种元素 可以产生不同波长的谱线，它们组成该 元素的原子光谱。 • 不同元素的电子结构不同，其原子光谱 也不同，具有明显的特征。
原子发射光谱技术的发展历程
原子发射光谱在50年代发展缓慢； 1960年，工程热物理学家 Reed ，设计了环形放电感耦等 离子体炬，指出可用于原子发射光谱分析中的激发光源；
电极，每转动180度，对接一次， 转动频率(50转/s)，接通100次/s， 保证每半周电流最大值瞬间放电 一次；
高压火花的特点：
（1）放电瞬间能量很大，产生的温度高，激发能力强， 某些难激发元素可被激发，且多为离子线； （2）放电间隔长，使得电极温度低，蒸发能力稍低，适 于低熔点金属与合金的分析； （3）稳定性好，重现性好，适用定量分析；
原子发射光谱仪通常由三部分构成： 光源、分光、检测；
原子发射光谱激发光源
• 激发光源的基本功能是提供使试样中被 测元素原子化和原子激发发光所需要的 能量。对激发光源的要求是： 灵敏度高，稳定性好，光谱背景小，结 构简单，操作安全。
常用的激发光源： • 电弧光源。（交流电弧、直流电弧） • 电火花光源。 • 电感耦合高频等离子体光源（ICP光源） 等。
检测器
ICP形成原理
ICP火焰温度分布
缺点：出射狭缝固定，各通道检测的元素谱线一定；
改进型： n+1型ICP光谱仪
在多道仪器的基础上，设置一个扫描单色器，增加一个 可变通道；
2. 全谱直读等离子体光谱仪
采用CID阵列检测器，可同时检测165 ～800nm波长范围内出现的全部谱线； 中阶梯光栅分光系统，仪器结 构紧凑，体积大大缩小； 兼具多道型和扫描型特点； CID ：电荷注入式检测器 (charge injection detector,CID), 28×28mm半导体芯片上，26万个感 光点点阵( 每个相当于一个光电倍 增管)；

电极间电压 电流 气体放电中电压和电流曲线
电弧放电具有下降的伏安特性，这是因为气体的
电阻和固体的不同，气体的电阻值是变化的，当通
过气体电阻的电流增大时，会使气体的温度增高， 气体的电离度增大，从而使气体的导电性增加，即
电阻变小，使气体电阻两端的电压降反而减少。
1. 直流电弧 电源一般为可控硅整流器。常用高频电 压引燃直流电弧。
性、半定量和定量分析。
在一般情况下，用于1%以下含量 的组份测定，检出限可达ppm，精密
度为±10%左右，线性范围约2个数
量级。
但如采用电感耦合等离子体 （ICP）作为光源，则可使某些元素 的检出限降低至10-3 - 10-4ppm，精
密度达到±1%以下，线性范围可延
长至7个数量级。这种方法可有效地
金属合金试样的分析及高含量元
（5）基态原子数
谱线强度与基态原子数成正比。 在一定的条件下，基态原子数与试 样中该元素浓度成正比。因此，在 一定的条件下谱线强度与被测元素 浓度成正比，这是光谱定量分析的 依据。
浓度越大， 基态原子数N0也越大， 基态原子数N0大， 激发态原子数Ni也大 激发态原子数Ni大， 光强度I也大。
原子发射光谱分析过程
射、电子轰击、电子或离子对中性原子 碰撞以及金属灼热时发射电子等。
当气体电离后，还需在电极间加以足 够的电压，才能维持放电。通常，当电极 间的电压增大，电流也随之增大，当电极 间的电压增大到某一定值时，电流突然增 大到差不多只受外电路中电阻的限制，即 电极间的电阻突然变得很小，这种现象称 为击穿。
在这种情况下，低频低压 交流电就能不断地流过，维 持电弧的燃烧。这种高频高 压引火、低频低压燃弧的装 置就是普通的交流电弧。