國內(nèi)外光電直讀光譜儀的發(fā)展

    光譜起源于17世紀，1666年物理學家牛頓**次進行了光的色散實驗。他在暗室中引入一束太陽光，讓它通過棱鏡，在棱鏡后面的自屏上，看到了紅、橙、黃、綠、蘭、靛、紫七種顏色的光分散在不同位置上——即形成一道彩虹。這種現(xiàn)象叫作光譜．這個實驗就是光譜的起源，自牛頓以后，一直沒有引起人們的注意。到1802年英國化學家沃拉斯頓發(fā)現(xiàn)太陽光譜不是一道**無缺的彩虹，而是被一些黑線所割裂。

    1814年德國光學儀器專家夫瑯和費研究太陽光譜中的黑斑的相對位置時．把那些主要黑線繪出光譜圖。

    1826年泰爾博特研究鈉鹽、鉀鹽在酒精燈上光譜時指出，發(fā)射光譜是化學分析的基礎、鉀鹽的紅色光譜和鈉鹽的黃色光譜都是這個元素的特性。

    到1859年克?；舴蚝捅旧鸀榱搜芯拷饘俚墓庾V自己設計和制造了一種完善的分光裝置，這個裝置就是世界上**臺實用的光譜儀器，研究火焰、電火花中各種金屬的譜線，從而建立了光譜分析的初步基礎。

    從1860年到1907年之間、用火焰和電火花放電發(fā)現(xiàn)堿金屬元素銫Cs、1861年又發(fā)現(xiàn)銣Rb和鉈Tl，1868年又發(fā)現(xiàn)銦In和氦He。1869年又發(fā)現(xiàn)氮N。1875~1907年又相繼發(fā)現(xiàn)鎵Ga，鉀K，銩Tm，鐠Pr，釙Pe，釤Sm，釔y，镥Lu等。

    1882年，羅蘭發(fā)明了凹面光柵，即是把劃痕直接刻在凹球面上。凹面光柵實際上是光學儀器成象系統(tǒng)元件的合為一體的高效元件，它解決了當時棱鏡光譜儀所遇到的不可克服的困難。凹面光柵的問世不僅簡化了光譜儀器的結(jié)構(gòu)，而且還提高了它的性能。

    波耳的理論在光譜分析中起了作用，其對光譜的激發(fā)過程、光譜線強度等提出比較滿意的解釋。

    從測定光譜線的**強度轉(zhuǎn)到測量譜線的相對強度的應用，使光譜分析方法從定性分析發(fā)展到定量分析創(chuàng)造基礎。從而使光譜分析方法逐漸走出實驗室，在工業(yè)部門中應用了。

    1928年以后，由于光譜分析成了工業(yè)的分析方法，光譜儀器得到迅速的發(fā)展，一方面改善激發(fā)光源的穩(wěn)定性，另一方面提高光譜儀器本身性能。

    *早的光源是火焰激發(fā)光譜；后來又發(fā)展應用簡單的電弧和電火花為激發(fā)光源，在上世紀的三十、四十年代改進采用控制的電弧和電火花為激發(fā)光源，提高了光譜分析的穩(wěn)定性。工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)晨，光譜學的進步，促使光學儀器進一步得到改善，而后者又反作用于前者，促進了光譜學的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

    六十年代光電直讀光譜儀，隨著計算機技術的發(fā)展開始迅速發(fā)展。由于計算機技術的發(fā)展，電子技術的發(fā)展，電子計算機的小型化及微處理機的出現(xiàn)和普及，成本降低等原因、于上世紀的七十年代光譜儀器幾乎100％地采用計算機控制，這不僅提高了分析精度和速度，而且對分析結(jié)果的數(shù)據(jù)處理和分析過程實現(xiàn)自動化控制。

    解放后，我國的光譜儀器工業(yè)從無到有，由小到大，得到飛躍的發(fā)展，且具有一定的規(guī)模，與世界先進技術競爭中求生存，社會商品競賽中得到發(fā)展。

    1958年開始試制光譜儀器，生產(chǎn)了我國**臺中型石英攝譜儀，大型攝譜儀，單色儀等。中科院光機所開始研究刻制光柵，59年上海光學儀器廠，63年北京光學儀器廠開始研究刻制光柵，63年研制光刻成功。1966—1968年北京光學儀器廠和上海光學儀器廠先后研制成功中型平面光柵攝譜儀和一米平面光柵攝譜儀及光電直讀頭。1971—1972年由北京**光學儀器廠研究成功國內(nèi)**臺WZG—200平面光柵光量計，結(jié)束了我國不能生產(chǎn)光電直讀光譜儀的歷史。

    八十年代以來，我國鑄造行業(yè)開始引進光電直讀光譜儀作為熔煉過程中化學成份控制的分析手段，并逐步取代了我國傳統(tǒng)的濕法化學分析法，至今已發(fā)展到中小企業(yè)也逐步采用光譜法配合作爐前分析。國外引進的鑄造生產(chǎn)線已配備了專用的光譜分析設備，作為成套設備進入中國，這是鑄造行業(yè)對質(zhì)量控制要求越來越嚴的發(fā)展的必然結(jié)果，也是光電光譜分析本身的優(yōu)點決定了這一技術自1945年問世以來，歷時五十六年而經(jīng)久不衰之緣故。

眾所周知，原子發(fā)射光譜分析所采用的原理是用電?。ɑ蚧鸹ǎ┑母邷厥箻悠分懈髟貜墓虘B(tài)直接氣化并被激發(fā)而發(fā)射出各元素的特征波長，用光柵分光后，成為按波長排列的“光譜”，這些元素的特征光譜線通過出射狹縫，射入各自的光電倍增管，光信號變成電信號，經(jīng)儀器的控制測量系統(tǒng)將電信號積分并進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，然后由計算機處理，并打印出各元素的百分含量。

從以上原理可以看出原子發(fā)射光譜分析，有其獨特的、特別適合于配合爐前分析的優(yōu)點，使其發(fā)展成為金屬冶煉和鑄造行業(yè)必不可少的分析手段，其特點如下：

一、 爐中取的樣品只要打磨掉表面氧化皮，固體樣品即可放在樣品臺上激發(fā)，免去了化學分析鉆取試樣的麻煩。對于鋁及銅、鋅等有色金屬樣品而言，可用小車床車去表面氧化皮即可。

二、 從樣品激發(fā)到計算機報出元素分析含量只需20-30秒鐘，速度非?？欤欣诳s短冶煉時間，降低成本。特別是對那些容易燒損的元素，更便于控制其*后的成份。

三、 樣品中所有要分析的元素（幾個甚至十幾個）可以一次同時分析出來，對于牌號復雜的產(chǎn)品，要求分析元素愈多**算，經(jīng)濟效益好。

四、 分析精度非常高，可以有效控制產(chǎn)品的化學成份，保證它能符合國家標準的規(guī)格，甚至可將合金成份控制到規(guī)格的中下限，以節(jié)省中間合金或鐵合金的消耗。

五、 分析數(shù)據(jù)可以從計算機打印出來或存入軟盤中，作為長久性記錄。

總之，從技術角度來看光電光譜分析，可以說至今還沒有比它能更有效的用于爐前快速分析的儀器，具備了那么多的特點而能取代它。所以世界上冶煉、鑄造以及其他金屬加工企業(yè)均競相采用這類儀器成為一種常規(guī)分析手段，從保證產(chǎn)品質(zhì)量，從經(jīng)濟效益等方面，它是十分有利的分析工具。

九十年代以來，我國有一些知名企業(yè)，如：長春一汽、上海大眾、無錫小天鵝等在引進國外鑄造生產(chǎn)線時均帶有德國OBLF光譜儀作為爐前分析的專用設備。

    德國OBLF公司生產(chǎn)光譜儀在德國已有三十年歷史，用戶遍布世界各地。

儀器型號有：

    適用于單基體分析系統(tǒng)的有OBLF GS-1000型（可分析氮元素），*多能設置32個分析通道。適用于多種基體的分析系統(tǒng)有OBLF QSN-750型（*多可設置60個分析通道）和QSG-750型（*多能設置60個分析通道），可分析氮，以及酸溶性及酸不溶性鋁和硼等。

儀器特點：

考慮到鑄造行業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，作如下設計：

一、 光學室具有防震裝置，并有恒溫裝置。

光室溫度為35℃±0.2℃，全部器件都密封在真空室內(nèi)，以保證其長期穩(wěn)定性。即使在較差的作業(yè)環(huán)境中，儀器也能正常工作。所有通道長期穩(wěn)定性的結(jié)果表明了八小時之內(nèi)有300個測量值（每十個取一平均值），則30個平均值中*高*低之值不超過原強度比值的2%。

二、 1000型采用焦距為500mm的凹面光柵，750型采用焦距為750mm的凹面光柵

根據(jù)分析樣品選樣光柵刻線，保證有足夠的分辨率以滿足復雜合金鋼的分析。

三、 由于光譜儀處于日夜不停的工作狀態(tài)，采用微機控制真空泵，既保證了足夠的真空度亦保護了真空泵，處于冷狀態(tài)延長壽命，減少油蒸氣。

四、 提高分析靈敏度及**度方面，在光路上采用直射式提高光強，并采用脈沖放電激發(fā)光源，放電頻率可達1000赫茲及單火花技術，可大大提高信噪比及激發(fā)的穩(wěn)定性，從而有非常良好的分析精度。

五、 性能良好的光譜儀軟件，使儀器全部自動化并可進行背景校正、干擾元素校正、基體校正等，旨在保證分析的正確度。

OBLF光譜儀由于具備了以上各種特點，使得儀器完全能滿足鑄造行業(yè)爐前快速分析的要求，故現(xiàn)在在廣大鑄造、冶金、機械等行業(yè)廣泛使用。