火花源原子發(fā)射光譜分析中譜線干擾的校正方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于原子發(fā)射光譜的定量分析領(lǐng)域，特別涉及一種火花源原子發(fā)射光譜分析中譜線干擾的校正方法。該校正方法中，待測(cè)試樣品中包括待測(cè)試元素X、干擾元素Ai和Mj；本方法通過對(duì)干擾元素Ai和Mj的干擾譜線和干擾規(guī)律的研究，扣除干擾元素的影響，對(duì)分析譜線進(jìn)行自動(dòng)校正。本發(fā)明用于解決光譜分析過程中因不同元素之間相互干擾導(dǎo)致的定量分析結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，適用于火花或類火花源原子發(fā)射光譜。采用本發(fā)明不必增加任何裝置，不增加分析成本和時(shí)間；特別適用于快速且準(zhǔn)確的分析任務(wù)。
【專利說明】火花源原子發(fā)射光譜分析中譜線干擾的校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于原子發(fā)射光譜的定量分析【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種火花源原子發(fā)射光 譜分析中譜線干擾的校正方法，適用于火花、電弧或類火花原子發(fā)射光譜。

【背景技術(shù)】
[0002] 火花源原子發(fā)射光譜分析技術(shù)的原理是：使樣品在外界能量的作用下轉(zhuǎn)變成氣態(tài) 原子，并使氣態(tài)原子的外層電子激發(fā)至高能態(tài)。當(dāng)從較高的能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，原子將 釋放出多余的能量而發(fā)射出特征譜線。對(duì)所產(chǎn)生的輻射經(jīng)過色散分光后，將呈現(xiàn)出的有規(guī) 律的譜線按波長(zhǎng)順序記錄，即為光譜圖。然后根據(jù)所得光譜進(jìn)行定性或定量分析。理論上 能導(dǎo)電的金屬物質(zhì)都可以進(jìn)行光譜分析，同時(shí)火花發(fā)射光譜分析速度快，因而光譜分析技 術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。
[0003] 以金屬樣品為分析對(duì)象的火花原子發(fā)射光譜較多地采用火花或類火花光源，這種 光源成本低廉，激發(fā)能量高，蒸發(fā)能量低，隨光源能量不同，所得等離子體的中性原子和一 價(jià)、二價(jià)離子成分復(fù)雜。從而使獲得的光譜信號(hào)復(fù)雜化，具有分析價(jià)值的元素譜線受到干 擾，導(dǎo)致定量分析結(jié)果不準(zhǔn)確。
[0004] 最常用的解決方法是：選擇沒有干擾的譜線。對(duì)于一種待測(cè)物質(zhì)，在光源激發(fā)的作 用下，一般會(huì)有多條譜線。只要光源能量穩(wěn)定，都可作為分析對(duì)象，即分析譜線。但如下情 況則無法采用這種方法：1)在光學(xué)范圍內(nèi)找不到?jīng)]有干擾的譜線；2)無干擾的譜線靈敏度 太低，不滿足分析需要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種火花源原子發(fā)射光譜分析中譜線干擾的校正方法，用 于解決光譜分析過程中因不同元素之間相互干擾導(dǎo)致的定量分析結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，適用 于火花或類火花源原子發(fā)射光譜。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
[0007] -種火花源原子發(fā)射光譜分析中譜線干擾的校正方法，待測(cè)試樣品中包括待測(cè)試 元素 X、一個(gè)至多個(gè)第一干擾元素 Ai和一個(gè)至多個(gè)第二干擾元素％ ;其中，測(cè)試元素 X在火 花源的作用下產(chǎn)生的分析譜線信號(hào)強(qiáng)度為Ix ;該校正方法包括以下步驟：
[0008] a.準(zhǔn)備25到30個(gè)測(cè)試元素 X、第一干擾元素 Ai和第二干擾元素 Mj含量已知的系 列標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或樣品，該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或樣品與待測(cè)試樣品基體相同；所述系列標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或樣品 的含量范圍覆蓋待測(cè)試樣品中測(cè)試元素 X及干擾元素 Ai和％的含量；
[0009] b.打開光譜儀，把步驟b中準(zhǔn)備好的標(biāo)樣分別引入光譜儀進(jìn)行檢測(cè)，獲取由各標(biāo) 樣產(chǎn)生的不同元素靈敏線光譜信號(hào)，并對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行扣除背景、剔除異常、積分放大處 理；
[0010] (i)處理后的第一干擾元素 Ai的光譜信號(hào)為Ii,處理后的第二干擾元素 Mj的光譜 信號(hào)為I」，建立各個(gè)干擾元素含量的校正量Λ C，處理后的測(cè)試元素 X的光譜信號(hào)為Ix ;
[0011] AC = f(Ii)+f(Ix)^f(Ij) ； (I)
[0012] (ii)元素 X干擾校正后含量，記為C，系列標(biāo)樣中元素 X的標(biāo)準(zhǔn)含量記為Cx ;
[0013] C = Cx+ Δ C ； (2)
[0014] (iii)處理后的測(cè)試元素 X的光譜信號(hào)為Ix，為橫坐標(biāo)，以校正后的含量C為縱坐 標(biāo)，繪圖獲得測(cè)試元素 X的校準(zhǔn)曲線及公式；
[0015] C = g(Ix) ； (3)
[0016] c.在與步驟b相同的測(cè)試條件下，將步驟a中同時(shí)含有待測(cè)元素 X、第一干擾元素 Ai和第二干擾元素％的待測(cè)樣品引入光譜儀分析；將采集并處理后的測(cè)試元素信號(hào)、，第 一、第二干擾元素信號(hào)I i, Ip利用公式（2) (3)，計(jì)算在有其他元素干擾存在的情況下，待測(cè) 元素 X的濃度C_ :
[0017] Ccon = g (Ix) - (f (Ii) +f (Ix) *f (Ij)) ； (4)。
[0018] 所述公式⑴中：
[0019] f (Ii) =Σ AiIi+ Σ AiiIi2+... + Σ AniIi11 ；
[0020] f (Ix) = Σ MxIx+ Σ MxxIx2+... + Σ MkxIxk ；
[0021] f (Ij) = Σ MjIj+ Σ MjjIj2+. .. + Σ MmjIjm ；
[0022] 所述公式⑶中：
[0023] C = g(/r) = a】、+ a2< + …+ α"/:!。
[0024] 所述光譜為火花、電弧或者類火花原子發(fā)射光譜，光譜的信號(hào)輸出為脈沖計(jì)數(shù)模 式。
[0025] 所述第一干擾元素 Ai,在火花源的作用下產(chǎn)生的分析譜線與待測(cè)試元素分析譜線 重合或者光譜儀分辨能力不能區(qū)分，在待測(cè)元素譜線位置產(chǎn)生譜線干擾。
[0026] 所述第二干擾元素 Mj含量的變化導(dǎo)致在火花源作用下產(chǎn)生的金屬蒸汽成分和溫 度變化，從而對(duì)測(cè)試元素譜線信號(hào)產(chǎn)生干擾。
[0027] 所述校正方法進(jìn)一步適用于類金屬樣品。
[0028] 該方法適用于不銹鋼中火花源原子發(fā)射光譜分析時(shí)的譜線干擾的校正，其中X為 Co元素，Ai為選自Cr、Ni的第一干擾元素，Mj為選自Cr、Mo的第二干擾元素。
[0029] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0030] 本發(fā)明的校正方法，通過對(duì)譜線干擾來源、干擾規(guī)律的研究，用數(shù)學(xué)方法扣除干擾 的影響，并通過軟件實(shí)現(xiàn)干擾扣除過程的自動(dòng)化。由于光譜采用通用型檢測(cè)器，具有多元素 同時(shí)記錄、分析的能力；采用本發(fā)明不必增加任何裝置，不增加分析成本和時(shí)間，特別適用 于快速且準(zhǔn)確的分析任務(wù)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1是干擾校正前，不同含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品在光譜儀上獲得的信號(hào)強(qiáng)度比與標(biāo)準(zhǔn)含 量比的關(guān)系圖，即未進(jìn)行干擾校準(zhǔn)的曲線；
[0032] 圖2是干擾校正后，不同含量的標(biāo)準(zhǔn)樣品在光譜儀上獲得的信號(hào)強(qiáng)度比與校正后 含量比的關(guān)系圖，即進(jìn)行干擾校正后的校準(zhǔn)曲線；其中，菱形點(diǎn)為未進(jìn)行校正的鈷的含量， 三角形點(diǎn)為干擾校正之后鈷的含量。

【具體實(shí)施方式】
[0033] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的說明，以示例的方式說明本 發(fā)明的實(shí)施過程與效果，其他類似的干擾問題可參照解決，并不局限于實(shí)施例。
[0034] 本發(fā)明的一種火花源原子發(fā)射光譜分析中譜線干擾的校正方法，結(jié)合了內(nèi)標(biāo)元素 法和共存元素干擾校正技術(shù)，其關(guān)鍵是建立干擾元素信號(hào)強(qiáng)度與含量的校正量模型，從被 干擾的測(cè)試元素分析譜線的標(biāo)準(zhǔn)含量中加以扣除后與其信號(hào)強(qiáng)度建立函數(shù)關(guān)系，以此來計(jì) 算待測(cè)元素的含量。其中信號(hào)強(qiáng)度可以是絕對(duì)信號(hào)強(qiáng)度或相對(duì)信號(hào)強(qiáng)度。計(jì)算干擾信號(hào)含 量值的依據(jù)是，在光源工作條件恒定的條件下測(cè)試元素信號(hào)與干擾信號(hào)呈函數(shù)關(guān)系原則。 即利用干擾元素信號(hào)計(jì)算其對(duì)待測(cè)元素譜線的干擾。
[0035] 在本發(fā)明的火花源原子發(fā)射光譜分析中譜線干擾的校正方法的具體步驟為：
[0036] a.某待測(cè)試樣品的待測(cè)試元素 X，在火花源的作用下產(chǎn)生的分析譜線信號(hào)強(qiáng)度為 Ix ;待測(cè)試樣品所含元素 Ai,，通常為樣品基體的各種元素，在火花源的作用下產(chǎn)生的分析譜 線與待測(cè)試元素分析譜線重合或者光譜儀分辨能力不能區(qū)分，在待測(cè)元素譜線位置產(chǎn)生譜 線干擾；待測(cè)試樣品所含元素％，通常為樣品中除了待測(cè)元素外的其它合金元素，其含量的 變化導(dǎo)致在火花源作用下產(chǎn)生的金屬蒸汽成分和溫度變化，從而對(duì)測(cè)試元素譜線信號(hào)產(chǎn)生 干擾。
[0037] b.選用25到30個(gè)測(cè)試元素 X和干擾元素含量已知的系列標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或樣品（以下 簡(jiǎn)稱標(biāo)樣）；應(yīng)選用基體同待測(cè)物相同的金屬標(biāo)樣；標(biāo)樣系列的含量范圍應(yīng)覆蓋待測(cè)物中 測(cè)試元素 X及干擾元素的含量。
[0038] c.打開光譜儀，設(shè)置和優(yōu)化測(cè)量參數(shù)。把步驟b中標(biāo)樣分別引入光譜儀進(jìn)行檢測(cè)， 獲取由各標(biāo)樣產(chǎn)生的不同元素靈敏線光譜信號(hào)，并對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行扣除背景、剔除異常、積 分放大處理；
[0039] ⑴處理后的干擾元素 Ai的光譜信號(hào)，記為Ii,干擾元素 Mj的光譜信號(hào)，記為Ij, 建立干擾元素含量的校正量，記為AC ;處理后的測(cè)試元素 X的光譜信號(hào)為Ix ;
[0040] AC = f(Ii)+f(Ix)^f(Ij) ； (1)
[0041] (ii)元素 X干擾校正后含量，記為：C，系列標(biāo)樣中元素 X的標(biāo)準(zhǔn)含量，記為Cx;
[0042] C = Cx+ Δ C ； (2)
[0043] (iii)以處理后的測(cè)試元素 X的光譜信號(hào)，記為Ix，為橫坐標(biāo)，以校正后的含量C為 縱坐標(biāo)，繪圖獲得測(cè)試元素 X的校準(zhǔn)曲線及公式；
[0044] C = g(Ix) ； (3)
[0045] d.在與步驟c相同的測(cè)試條件下，將步驟a中同時(shí)含有待測(cè)元素 X和干擾元素 Ai, Mj的待測(cè)樣品引入光譜儀分析。將采集并處理后的測(cè)試元素信號(hào)Ix，干擾元素信號(hào)Ii, Ij, 利用公式（2) (3)，可計(jì)算在有其他元素干擾存在的情況下，待測(cè)元素 X的濃度C_ :
[0046] Ccon = g (Ix) - (f (Ii) +f (Ix) *f (Ij)) ； (4)
[0047] 在光譜應(yīng)用軟件中加入干擾校正計(jì)算功能，同信號(hào)采集和數(shù)據(jù)處理功能結(jié)合，可 實(shí)現(xiàn)光譜干擾校正過程的自動(dòng)化。
[0048] 本發(fā)明所用光譜為火花源原子發(fā)射光譜。光譜的信號(hào)輸出為脈沖計(jì)數(shù)模式。
[0049] 實(shí)施例1光譜分析不銹鋼中鈷的含量
[0050] 在不銹鋼中，鈷有固溶強(qiáng)化作用，賦予鋼熱硬性，改善鋼的高溫性能、抗氧化性及 耐腐蝕能力，為超硬高速鋼、硬質(zhì)合金、磁鋼或硬磁合金等的重要合金元素。加鈷的目的不 在于提高耐蝕性，而在于提高硬度。由于鈷的價(jià)格高，工業(yè)生產(chǎn)中出于成本考慮，檢測(cè)的準(zhǔn) 確度要求較高。
[0051] 使用火花源原子發(fā)射光譜分析不銹鋼金屬樣品時(shí)，除去鈷原子、離子外，也伴隨產(chǎn) 生相當(dāng)數(shù)量的鉻離子、鎳離子、鐵離子等。因此，原子發(fā)射光譜分析中常用258. Onm譜線為 鈷元素的分析線。研究發(fā)現(xiàn)，不銹鋼中的鉻、鎳、鐵等元素對(duì)鈷元素存在干擾問題。在有鉻、 鎳元素存在的情況下，258. Onm的鈷譜線信號(hào)會(huì)顯著增加，從而導(dǎo)致建立的方法曲線線性度 差，使得測(cè)試計(jì)算所得的待測(cè)元素含量偏高。
[0052] 對(duì)上述干擾問題，待測(cè)元素鈷（Co)受到待測(cè)金屬樣品中其他元素的干擾。按照本 發(fā)明的一種火花源原子發(fā)射光譜分析中譜線干擾的校正方法，包括如下步驟：
[0053] (1)選擇系列含Co的不銹鋼光譜標(biāo)準(zhǔn)樣：以Ar氣作為保護(hù)氣，由低至高選取不同 含量區(qū)間的25?30個(gè)不銹鋼光譜標(biāo)準(zhǔn)樣品；
[0054] (2)在與樣品分析同樣的工作條件下，將上述標(biāo)準(zhǔn)樣品在光譜儀上進(jìn)行激發(fā)，所得 光譜經(jīng)透鏡折射、入射狹縫濾光、光柵色散分光、出射狹縫濾光后，最終到達(dá)檢測(cè)器獲得強(qiáng) 度信號(hào)；利用光譜數(shù)據(jù)采集軟件對(duì)上述各個(gè)元素信號(hào)進(jìn)行采集、扣背景、去異常和放大后， 獲得每種元素的信號(hào)值；
[0055] ⑴處理后的干擾元素 Cr的光譜信號(hào)，記為Ii，干擾元素 Ni的光譜信號(hào)，記為Ij, 建立干擾元素含量的校正量，記為AC ;處理后的測(cè)試元素 X的光譜信號(hào)為Ix ;
[0056] Δ C = f (Ii) +f (Ix) *f (Ij) ； (1)
[0057] 其中，
[0058] f (Ii) =Σ AiIi+ Σ AiiIi2+. . . + Σ AniIi11 ；
[0059] f (Ix) = Σ MxIx+ Σ MxxIx2+. . . + Σ MkxIxk ；
[0060] f (Ij) = Σ MjIj+ Σ MjjIj2+. .. + Σ MmjIjm ；
[0061] (ii)元素 Co干擾校正后含量，記為：C，系列標(biāo)樣中元素 X的標(biāo)準(zhǔn)含量，記為Cx;
[0062] C = Cx+ Δ C ； (2)
[0063] (iii)以處理后的Co元素信號(hào)強(qiáng)度比為橫坐標(biāo)，校正后Co元素含量比為縱坐標(biāo)， 繪圖得到Co元素曲線和公式；
[0064] C - g{! y) - --| Ix + + ·· + a ,Jy', (3)
[0065] (3)在光譜軟件中增加干擾校正功能，在分析樣品中的Co含量時(shí)，采集和處理Co 信號(hào)，同時(shí)采集和處理Cr、Ni元素信號(hào)，將獲得的信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)代入校準(zhǔn)公式，即可得到樣 品中Co元素的含量。
[0066] 上述方法中，所用儀器為火花源原子發(fā)射光譜。樣品被高壓火花激發(fā)熔融并氣化， 其中的元素由高能向低能躍遷產(chǎn)生特征輻射，經(jīng)處理后引入光譜分析。未考慮干擾的情況 下，不同含量的含Co不銹鋼標(biāo)樣在光譜儀上獲得的含量比對(duì)強(qiáng)度比的關(guān)系見圖1，可見如 不扣除干擾，兩者間的線性關(guān)系較差，以此線作為分析曲線，不能準(zhǔn)確測(cè)定樣品中鈷元素的 含量?？紤]并扣除干擾后，不同的含鈷不銹鋼標(biāo)樣在光譜儀上獲得的含量比與強(qiáng)度比的關(guān) 系圖見圖2,可見扣除干擾后，呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。
[0067] 實(shí)際分析三個(gè)含鈷的鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)樣品，鈷的質(zhì)量百分含量分別為0. 28%，0. 484%和 0. 61%，未進(jìn)行干擾校正分析的結(jié)果與按照本發(fā)明方法進(jìn)行分析的比較結(jié)果見下面表1 :
[0068] 表 I
[0069]

【權(quán)利要求】
1. 一種火花源原子發(fā)射光譜分析中譜線干擾的校正方法，待測(cè)試樣品中包括待測(cè)試元 素X、一個(gè)至多個(gè)第一干擾元素A i和一個(gè)至多個(gè)第二干擾元素％ ;其中，測(cè)試元素X在火花 源的作用下產(chǎn)生的分析譜線信號(hào)強(qiáng)度為Ix ;其特征在于，該校正方法包括以下步驟： a. 準(zhǔn)備25到30個(gè)測(cè)試元素X、第一干擾元素Ai和第二干擾元素Mj含量已知的系列標(biāo) 準(zhǔn)物質(zhì)或樣品，該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或樣品與待測(cè)試樣品基體相同；所述系列標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或樣品的含 量范圍覆蓋待測(cè)試樣品中測(cè)試元素X及干擾元素A i和％的含量； b. 打開光譜儀，把步驟b中準(zhǔn)備好的標(biāo)樣分別引入光譜儀進(jìn)行檢測(cè)，獲取由各標(biāo)樣產(chǎn) 生的不同元素靈敏線光譜信號(hào)，并對(duì)光譜信號(hào)進(jìn)行扣除背景、剔除異常、積分放大處理； (i) 處理后的第一干擾元素Ai的光譜信號(hào)為Ii,處理后的第二干擾元素Mj的光譜信號(hào) 為I」，建立各個(gè)干擾元素含量的校正量A C，處理后的測(cè)試元素X的光譜信號(hào)為Ix ; AC = f(Ii)+f(Ix)^f(Ij) ； (1) (ii) 元素X干擾校正后含量，記為C，系列標(biāo)樣中元素X的標(biāo)準(zhǔn)含量記為Cx ; C = Cx+ A C ； (2) (iii) 處理后的測(cè)試元素X的光譜信號(hào)為Ix，為橫坐標(biāo)，以校正后的含量C為縱坐標(biāo)， 繪圖獲得測(cè)試元素X的校準(zhǔn)曲線及公式； C = g(Ix) ； (3) c. 在與步驟b相同的測(cè)試條件下，將步驟a中同時(shí)含有待測(cè)元素X、第一干擾元素Ai和 第二干擾元素％的待測(cè)樣品引入光譜儀分析；將采集并處理后的測(cè)試元素信號(hào)I x，第一、第 二干擾元素信號(hào)Ii, Ip利用公式（2) (3)，計(jì)算在有其他元素干擾存在的情況下，待測(cè)元素X 的濃度C_ : Ccon= g (Ix)-(f (Ii)+f (Ix)^f(Ij)); ⑷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于： 所述公式⑴中： f (Ii) = E AiIi+ E AiiIi2+... + E AniIi11 ； f(Ix) =E MxIx+E MxxIx2+...+E MkxIxk； f (Ij) = EMjIj+ EMjjIj2+. .. + E MmjIjm ； 所述公式⑶中：
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述光譜為火花、電弧或者類火花原 子發(fā)射光譜，光譜的信號(hào)輸出為脈沖計(jì)數(shù)模式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述第一干擾元素Ai,在火花源的作 用下產(chǎn)生的分析譜線與待測(cè)試元素分析譜線重合或者光譜儀分辨能力不能區(qū)分，在待測(cè)元 素譜線位置產(chǎn)生譜線干擾。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述第二干擾元素％含量的變化導(dǎo) 致在火花源作用下產(chǎn)生的金屬蒸汽成分和溫度變化，從而對(duì)測(cè)試元素譜線信號(hào)產(chǎn)生干擾。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述校正方法進(jìn)一步適用于類金屬 樣品。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：該方法適用于不銹鋼中火花源原子
【文檔編號(hào)】G01N21/67GK104316511SQ201410638489
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月6日
【發(fā)明者】劉佳, 馮光, 袁良經(jīng), 賈云海 申請(qǐng)人:鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司