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摘要：光譜分析是一种快速、准确测定钢中元素的方法.文章介绍了PDA-7000型直读光谱仪的特点及其在我公司铸钢生产中的应用.
关键词：直读光谱仪;铸钢生产;分析;应用
1.前言
PDA-7000 直读光谱仪以高精度快速分析的PDA光电测光法，本法与常规化学分析法相比， 省时省力， 操作简便， 可以在1min 之内同时分析金属材料中的多元素，应用广泛。测定其化学分析值， 判定与规格值合格与否， 大大提高了样品的分析速度，精确、快速。应用于炉前生产控制分析， 可以提高质量， 降低成本， 提高了产品的可靠性.
2.PDA法分析原理
PDA法（Pulse Distribution Analysis Method，脉冲分布分析法）是在激发时记录每一个脉冲并按时间顺序排列后将脉冲按高低频数制作分布图，依据统计学的原则，对脉冲信号进行处理，去除各种因素造成的不正常的脉冲，然后再积分，得到强度。
3.实验及分析
3.1 分析条件
日本岛津PDA-7000真空直读光谱仪，凹面绕射光栅， 凹面光栅半径600mm，刻线2400条/mm，线色散倒数0.69nm/mm，入射狭缝10μm，出射狭缝30μm或50μm;钨棒电极（Φ6.2mm，顶角30°）;分析参数：冲洗2s，预燃10s，积分5s;真空室温度40±1℃，环境温度23±5℃;氩气纯度 99.999%以上。各分析元素及参数见表1。
3.2 工作曲线绘制
在设定流量的纯氩气中，将加工好的标准物质，放到火花架上，选定参数，用高能光源激发发光，经分光计色散元件分解成线状光谱，对选用的特征内标线和分析元素的强度进行光电测量，用标准物质的分析元素和基体元素的光强比与分析元素的诱导含量值，绘制校准曲线存入计算机。
表2为各分析元素的校准曲线系数。其中校准曲线是根据下列模型运用最小二乘法拟合而成。CR=AI3R+BI2R+CIR+D式中
CR——被测元素的含量;
IR——元素谱线相对光强值;
A，B，C，D——为校准曲线系数。
3.3光谱样品处理
光电光谱分析为局部分析，要求试样中被测元素成分均匀。冶炼过程取样，每一勺钢水铸入样品模具中，应保证铸造样品均匀，缩孔和裂纹;成品取样，应从成品中均匀部位取得。从模具中取得的样，一般在高度方向的下端1/3处取样品。未经切割的样品，其表面必须去掉1. 5mm的厚度。控制样品和分析样品应在同条件下研磨，保证样品分析面光滑平整，无气孔、夹杂、油污和氧化物，分析面大小必须完全覆盖激发孔，避免漏气;样品材料化学成分均匀，并保证样品和标准控样的金相组织一致;被测定的样品要有足够的厚度，以保证在分析激发过程中不被击穿。
3.4试样激发的注意事项
试样激发的好坏应观察的几个方面：（1）看激发点是否浓缩放电（黑色熊猫眼状），若是白点为扩散放电，则是不合理数据。（2）基体内标强度数值太小，则透镜受到了污染，应清洁擦拭，保证有良好的透光度。（3）激发电极尖端重复放电以后，钨电极上的附着物会改变间隙放电距离。因此每次激发后要用刷子清理一次电极。（4）极距是否调整正确，距离太大，试样不易激发;距离太小，曝光时放电电流太大，测定结果与实际结果有差异。（5）氩气纯度是否达到实验要求，若纯度不够，会造成扩散放电。（6）样品是否盖住激发孔;样品表面是否平整;激发孔是否变形等，这些激发时都会造成漏气，造成扩散放电。（7）氩气流量波动比较大，则气路系统发生漏气。用肥皂水检査气路各个接头的漏气点。（8）砂粒太细及用久的磨样砂轮片，磨出的试样不易激发。
3.5 样品测试
分析前必须进行仪器校准工作， 包括描迹、标准化、控样校正。以中低合金钢标样为样品。用标钢进行校准曲线两点标准化， 用控制样品进行类标修正， 完成后分析试样。表3、4列出了两个标准试样样品的分析结果。
表3﹑表4中化学值为国家一级标准物质，所分析数据均为试样连续激发11次所得，可以看出，方法的准确度与精密度较好。
4 仪器的日常维护和保养
（1） 入射透镜的维护
激发一定数量的试样以后， 火花室内激发产生的灰烬等污染物及分光室内真空泵长时间运转蒸腾产生的油污分子会污染透镜的两个表面， 降低透镜的透光性， 引发光强值下降。因此， 每隔一个规定的时间或分析了一定数量的试样后， 要将透镜取下， 浸泡在无水乙醇或其他清洗液中数十分钟， 再用干净的绸布擦拭干净后装上。值得注意的是有N通道的光谱仪使用的是表面涂有氟化镁的透镜， 表面沾有少量的水分就会破坏氟化镁涂层， 因此不能浸泡在存放于密闭性能不好的容器中，也不能用绸布反复用力擦拭， 否则会擦坏氟化镁涂层。
（2） 维护火花激发台
根据目前的生产状况，应每半月清理一次火花激发台。打开激发平台，拆下激发电极，清理内部所有污染物，安装复原时注意粉尘杯的方向，用极距规调整电极极距并固定，激发电极应保持30°尖角。
（3） 定期清洗风扇过滤垫
风扇过滤垫的作用是阻挡外部脏空气直接进入仪器内部污染仪器内部的各个电气元件。风扇过滤垫应每半月清洗一次。若长时间不清洗，污垢将阻塞外部冷空气进入，起不到散热作用。
5结束语
为了让直读光谱仪在生产中得到准确结果，应注意以下几点：
（1）加工好的光谱分析试样的工作面应平整、光滑，不应有气孔、砂眼、缩孔、缩松、毛刺裂纹和夹杂类缺陷，并保证一定的粗糙度，激发时不能有漏气现象，以保证激发完全。连续的激发应该充分地分开，使得激发点不相重叠。
（2）做好标准化工作。为了调节因电子元件、光源、分光系统等因素的变化而引起的工作曲线的漂移，分析试样前应对工作曲线做好标准化，一般要求标准化系数在0.8-1.2之间为佳。
（3）由于治炼条件不同，试样和标准样品的内部组织结构不同，且试样的共存元素也不能保证与标准样品非常相似，由此引入的系统误差，必须通过激发控制样品再次对分析结果。
（4）仪器维护非常重要，平时工作时要留心观察，当听到声音不正常或看到不正常现象，要立刻停止分析，及时检查、判断、处理，仪器正常后方可进行分析工作，切不可让仪器带病工作。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准。GB/T14203-2016 火花放电原子发射光谱分析法通则。
[2] 中华人民共和国国家标准. GB/T 4336-2016 碳素钢和中低合金钢的光电光谱分析方法。
[3] 周西林 叶反修 王娇娜 叶春晖 光电直读光谱分析技术 冶金工业出版社 2019
作者简介：
吴伟（出生年1980.7），性别：男，民族：汉，籍贯（江苏无锡），单位（中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司），学历：大专，职称：高级技师，研究方向：金属材料化学分析。
李晓燕 女 汉 江苏丹阳 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所 本科 高级工程师 金属材料化学分析
（中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011）
关键词：直读光谱仪;铸钢生产;分析;应用
1.前言
PDA-7000 直读光谱仪以高精度快速分析的PDA光电测光法，本法与常规化学分析法相比， 省时省力， 操作简便， 可以在1min 之内同时分析金属材料中的多元素，应用广泛。测定其化学分析值， 判定与规格值合格与否， 大大提高了样品的分析速度，精确、快速。应用于炉前生产控制分析， 可以提高质量， 降低成本， 提高了产品的可靠性.
2.PDA法分析原理
PDA法（Pulse Distribution Analysis Method，脉冲分布分析法）是在激发时记录每一个脉冲并按时间顺序排列后将脉冲按高低频数制作分布图，依据统计学的原则，对脉冲信号进行处理，去除各种因素造成的不正常的脉冲，然后再积分，得到强度。
3.实验及分析
3.1 分析条件
日本岛津PDA-7000真空直读光谱仪，凹面绕射光栅， 凹面光栅半径600mm，刻线2400条/mm，线色散倒数0.69nm/mm，入射狭缝10μm，出射狭缝30μm或50μm;钨棒电极（Φ6.2mm，顶角30°）;分析参数：冲洗2s，预燃10s，积分5s;真空室温度40±1℃，环境温度23±5℃;氩气纯度 99.999%以上。各分析元素及参数见表1。
3.2 工作曲线绘制
在设定流量的纯氩气中，将加工好的标准物质，放到火花架上，选定参数，用高能光源激发发光，经分光计色散元件分解成线状光谱，对选用的特征内标线和分析元素的强度进行光电测量，用标准物质的分析元素和基体元素的光强比与分析元素的诱导含量值，绘制校准曲线存入计算机。
表2为各分析元素的校准曲线系数。其中校准曲线是根据下列模型运用最小二乘法拟合而成。CR=AI3R+BI2R+CIR+D式中
CR——被测元素的含量;
IR——元素谱线相对光强值;
A，B，C，D——为校准曲线系数。
3.3光谱样品处理
光电光谱分析为局部分析，要求试样中被测元素成分均匀。冶炼过程取样，每一勺钢水铸入样品模具中，应保证铸造样品均匀，缩孔和裂纹;成品取样，应从成品中均匀部位取得。从模具中取得的样，一般在高度方向的下端1/3处取样品。未经切割的样品，其表面必须去掉1. 5mm的厚度。控制样品和分析样品应在同条件下研磨，保证样品分析面光滑平整，无气孔、夹杂、油污和氧化物，分析面大小必须完全覆盖激发孔，避免漏气;样品材料化学成分均匀，并保证样品和标准控样的金相组织一致;被测定的样品要有足够的厚度，以保证在分析激发过程中不被击穿。
3.4试样激发的注意事项
试样激发的好坏应观察的几个方面：（1）看激发点是否浓缩放电（黑色熊猫眼状），若是白点为扩散放电，则是不合理数据。（2）基体内标强度数值太小，则透镜受到了污染，应清洁擦拭，保证有良好的透光度。（3）激发电极尖端重复放电以后，钨电极上的附着物会改变间隙放电距离。因此每次激发后要用刷子清理一次电极。（4）极距是否调整正确，距离太大，试样不易激发;距离太小，曝光时放电电流太大，测定结果与实际结果有差异。（5）氩气纯度是否达到实验要求，若纯度不够，会造成扩散放电。（6）样品是否盖住激发孔;样品表面是否平整;激发孔是否变形等，这些激发时都会造成漏气，造成扩散放电。（7）氩气流量波动比较大，则气路系统发生漏气。用肥皂水检査气路各个接头的漏气点。（8）砂粒太细及用久的磨样砂轮片，磨出的试样不易激发。
3.5 样品测试
分析前必须进行仪器校准工作， 包括描迹、标准化、控样校正。以中低合金钢标样为样品。用标钢进行校准曲线两点标准化， 用控制样品进行类标修正， 完成后分析试样。表3、4列出了两个标准试样样品的分析结果。
表3﹑表4中化学值为国家一级标准物质，所分析数据均为试样连续激发11次所得，可以看出，方法的准确度与精密度较好。
4 仪器的日常维护和保养
（1） 入射透镜的维护
激发一定数量的试样以后， 火花室内激发产生的灰烬等污染物及分光室内真空泵长时间运转蒸腾产生的油污分子会污染透镜的两个表面， 降低透镜的透光性， 引发光强值下降。因此， 每隔一个规定的时间或分析了一定数量的试样后， 要将透镜取下， 浸泡在无水乙醇或其他清洗液中数十分钟， 再用干净的绸布擦拭干净后装上。值得注意的是有N通道的光谱仪使用的是表面涂有氟化镁的透镜， 表面沾有少量的水分就会破坏氟化镁涂层， 因此不能浸泡在存放于密闭性能不好的容器中，也不能用绸布反复用力擦拭， 否则会擦坏氟化镁涂层。
（2） 维护火花激发台
根据目前的生产状况，应每半月清理一次火花激发台。打开激发平台，拆下激发电极，清理内部所有污染物，安装复原时注意粉尘杯的方向，用极距规调整电极极距并固定，激发电极应保持30°尖角。
（3） 定期清洗风扇过滤垫
风扇过滤垫的作用是阻挡外部脏空气直接进入仪器内部污染仪器内部的各个电气元件。风扇过滤垫应每半月清洗一次。若长时间不清洗，污垢将阻塞外部冷空气进入，起不到散热作用。
5结束语
为了让直读光谱仪在生产中得到准确结果，应注意以下几点：
（1）加工好的光谱分析试样的工作面应平整、光滑，不应有气孔、砂眼、缩孔、缩松、毛刺裂纹和夹杂类缺陷，并保证一定的粗糙度，激发时不能有漏气现象，以保证激发完全。连续的激发应该充分地分开，使得激发点不相重叠。
（2）做好标准化工作。为了调节因电子元件、光源、分光系统等因素的变化而引起的工作曲线的漂移，分析试样前应对工作曲线做好标准化，一般要求标准化系数在0.8-1.2之间为佳。
（3）由于治炼条件不同，试样和标准样品的内部组织结构不同，且试样的共存元素也不能保证与标准样品非常相似，由此引入的系统误差，必须通过激发控制样品再次对分析结果。
（4）仪器维护非常重要，平时工作时要留心观察，当听到声音不正常或看到不正常现象，要立刻停止分析，及时检查、判断、处理，仪器正常后方可进行分析工作，切不可让仪器带病工作。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家标准。GB/T14203-2016 火花放电原子发射光谱分析法通则。
[2] 中华人民共和国国家标准. GB/T 4336-2016 碳素钢和中低合金钢的光电光谱分析方法。
[3] 周西林 叶反修 王娇娜 叶春晖 光电直读光谱分析技术 冶金工业出版社 2019
作者简介：
吴伟（出生年1980.7），性别：男，民族：汉，籍贯（江苏无锡），单位（中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司），学历：大专，职称：高级技师，研究方向：金属材料化学分析。
李晓燕 女 汉 江苏丹阳 中车戚墅堰机车车辆工艺研究所 本科 高级工程师 金属材料化学分析
（中车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司 江苏 常州 213011）