在现代社会中, 光谱分析技术发挥的作用越来越大, 作为光谱分析人员首先要掌握光谱分析技术的来源, 要对相关原理熟悉, 能够熟练操作光谱仪器, 从而获取更为精确的分析数据。在本文中将对光谱分析技术的发展过程进行介绍, 并分析几种光谱仪器的功能和应用。
1 光谱分析技术的发展历程
德国学者早在19 世纪中期发现某些波长的光线在特殊情况在会具有某些元素的特征, 主要是通过盐溶液在光焰加热实验中加以验证, 这样就为光谱技术的诞生奠定了基础。在上世纪30年代, 国际上许多学者都开展加强对光谱定量的研究, 研发出了原子发射光谱技术, 其原理主要是运用了元素原子的能量状态, 当原子在获得了一定能量后, 外层电子就会发生变化, 处于激发态, 当能量逐渐消失后, 外层电子就会恢复到常态, 在这个过程中电子能量会以光的形式进行释放, 这就是发射光谱。由于不同元素原子之间的结构有所差异, 这样原子光谱特征也会有所差异。正是由于原子光谱特征的差异, 可以实现对不同样品的检测。
最早的原子发射光谱主要采用了感光板来接收光谱, 但是操作环节较多, 光谱分析速度较慢。在上世纪40年代, 光电直读光谱仪被研制成功, 有效精简了操作环节, 并且可以直接对元素进行光谱分析, 提高了光谱分析速度和准确率。随后诞生的真空光电直读光谱仪实现了对金属材料的之间检测, 而后来的等离子直读光谱仪在原有基础上进行了改进和优化, 实现了材料在液体状态下的检测。
2 元素谱线接收装备的发展和功能
2.1 摄谱仪:感光板
早期的摄谱仪主要采用了感光板作为接收装置, 当光谱景观感光、谱片显像、定像、过滤、风干等多个流程后, 元素光谱就会以黑度的形式记录在感光板上, 工作人员需要对感光板上的黑度值进行分析, 制作成曲线从而分析结果。这种方法对于工作人员的技能要求较高, 必须要在特定环境下才可进行, 操作流程也较为繁琐, 随着科技的不断更新还贷, 这种技术早已经被时代所淘汰。
2.2 直读光谱仪:光电倍增管或CCD等
随着科学技术的不断升级, 元素谱线的接收装置也开始发生改变, 主要采用光电倍增管来实现, 其原理主要是利用分光后的光照射到光电倍增管阴极上, 这样救护导致光电子的释放, 当光电子与发射极发生碰撞时, 就会形成电流, 将发射谱线转化为电信号, 这样记录器和指示器就会对电信号进行检测, 从而得知结果。直读光谱仪的操作较为简便, 工作效率也有所提升, 随着CCD谱线接收装置的出现, 还可以将光学影像转化为数字信号, 快速促进了光谱分析技术的发展。
3 直读光谱仪的系统组成分析
通常在实验室中使用的直读光谱仪, 主要是由四部分组成, 分别是火花激发台、真空及分光系统、测量系统、控制系统等。
3.1 火花激发台
通常火花激发台主要是由两部分组成, 分别是激发光源和放置样品台。激发光源大多都采用的低压电容放电激发光源技术, 这种技术性能较为稳定, 放电范围可以适当调整, 因此在光谱分析仪器中应用较为广泛。而放置样品台, 可以直接将金属和固体钢样作为上电极, 而下电极就采用钨电极, 在激发室中会充满氩气, 样品被高电压击穿, 通过电极放电, 将会导致样品的快速融化, 这样就可以改变样品原子的结构状态, 从而实现对样品的检测。
3.2 真空及分光系统
在直读光谱仪中真空及分光系统至关重要, 主要是利用了光束的反射实现分光, 而CCD检测器则负责收光, 将光谱转换为数字信号, 再通过仪器输出设备对数字信号进行检测, 最终得知检测结果。
3.3 测量系统
测量系统的真正作用就是实现转换与分析功能, 在光谱分析过程中干扰因素较多, 容易对分析数据产生影响。测量系统就需要利用自身优势进行屏蔽, 减少干扰因素的出现, 提高分析数据的准确性。
4 原子发射光谱分析技术的应用
在工业生产中, 原子发射光谱分析技术应用较为广泛, 比如冶金行业、机械行业、化工行业都在应用原子发射光谱分析技术, 原子发射光谱仪操作程序较为简单, 对技能要求较低。例如, 在钢材冶炼环节, 钢铁入炉前, 检测人员可以对钢材样品进行快速分析, 从而及时对钢液成分进行纠正, 有效控制冶炼环节, 提高钢材冶炼质量和效率。同时原子发射光谱仪在机械制造行业的应用, 可以提高原材料成分的分析速度和效率, 适用于对原材料进厂时的检查。
摘要：随着时代的快速发展, 光谱分析技术也在不断升级, 目前光谱分析技术已经广泛应用到各个领域, 充分发挥了光谱分析技术的真正价值。其实光谱分析技术的发展历程较为漫长, 而作为一名光谱分析人员, 不仅要了解光谱分析技术的发展过程, 还要对光谱分析技术的原理和相关仪器进行熟悉, 要确保将光谱分析技术应用到生活实践中。
关键词：光谱分析,摄谱仪,直读光谱仪,原子发射光谱
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