火花直读光谱仪系统设计(2)

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7.1 火花光源 34

7.2 激发台 34

7.3 恒温系统 34

7.4 真空系统 35

7.5 数据分析系统 35

7.6 其他辅助系统 35

结论 36

致谢 37

参考文献 38

1 绪论

1.1 研究的背景与意义

1666年牛顿用玻璃三棱镜把太阳光分解成了红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等各种颜色的光，人类第一次通过实验证明了光的组成。1814年德国物理学家夫琅禾费制成了包含有色散棱镜、狭缝和观察镜组成的分光装置，并用它观察太阳光，发现了太阳光谱中的吸收暗线(即后人命名的夫琅禾费线)。人类首次认识到了吸收光谱的存在。到了1859年，希克霍夫和本生为研究金属的发射光谱，制成了世界上第一台结构完整的光谱仪，开创了现代光谱仪器的发展历史。从1860年开始：各国科学家在大量光谱学研究和光谱分析实践中逐渐积恩了丰富的知识和经验。实践和理论都充分证明：物质发射、吸收或者散射的光辐射，与其组成成分或者结构有着确定的联系，就好比每个人的指纹都不相同一样，不同元素或化合物的光谱成分有着不同的特征。因此，通过观测物质产生的光谱，根据光谱产生的不同条件、光谱的频率和强度等方面的变化的观测数据，可直接获得有关物质的成分、含量、结构、表面状态、运动情况、化学或生化反应过程等方面的有用信息。

金属材料无疑是日常生产生活中最重要的材料之一，它被广泛运用在各行各业。伴随冶金技术的发展，合金材料伴随着人们的不同需求诞生了。合金材料由于元素种类和含量的不同，性能也大为不同。例如在钢里面掺入一定含量的Cr和Ni元素，就可以提高其抗腐蚀性[9]。而提高钢中碳元素的含量，还可以提高其耐磨性。由于每种元素都有各自独特的性能，将不同浓度的参杂元素组合起来使用就了不锈钢，工具钢，结构钢，耐热钢等不同型号的金属产品。在各种钢铁的生产过程中，为了满足不同产品的性能要求，要用到不同类型的金属材料，所以要对合金中的成分进行测定。在生产某种类型的钢材时，也需要检验最后的产品是否符合标准。因此准确测定金属材料成分有着极其重大的意义。

火花直读光谱仪是进行冶炼炉前在线分析的重要工具，同时也能够有效控制产品质量。火花直读光谱仪用火花的高温使样品中各元素从固态直接气化并被激发而发射出各元素的特征波长，用光栅分光后，成为按波长排列的“光谱”，这些元素的特征光谱线通过出射狭缝，射入各自的接收装置，实现光信号和电信号的相互转换，再通过控制测量系统进行模拟信号和数字信号的转换，最后由专门软件处理，打印出各元素的百分含量。

现在市面上，生产火花直读光谱仪的厂家主要为国外厂商(德国的斯派克，美国的热电，意大利的GNR等)。其中斯派克的实力尤为突出，该厂生产各种各类火花直读光谱仪，覆盖了从低档到高档的各种分析需求[8]。虽然改革开放以来，我国光谱仪器行业获得很大发展，国产火花直读光谱仪在中、低档方面已经可基本满足国内需要。但是国产的火花直读光谱仪整体水平还落后于世界先进水平，高档和新颖光谱仪器还基本依赖进口，企业科技开发力量和水平还远不能满足国家要求，低水平重复的产品比重很大，产品质量和使用寿命与进口产品有不小差距。