光學發射光譜(OES)技術講解

2020-12-03 秦治

OES是一種用於檢測各種金屬元素成分的分析技術,應用廣泛,備受信賴。

OES技術可以對金屬熔液、金屬半成品/成品、金屬加工業、管材、螺栓、棒材、線材、板材等進行檢測。

OES使用的電磁光譜包括可見光譜和部分紫外光譜。波長範圍為130nm到約800nm。

OES能夠分析固體金屬中從鋰到鈾的各種元素,具有準確度和精度高及檢出限低的優勢。

OES的工作原理是什麼?

發射光譜儀均由三大部分構成:光源,可激發金屬樣品中的原子,使其發射特徵光譜。

第二大部分就是光學系統。樣品蒸發時發射的複合發射光譜被稱為等離子體,會進入光譜儀。光譜儀內的衍射光柵會將進入的光譜根據波長色散開,然後通過對應的檢測器測量各個波長的譜線強度。測量得出的譜線強度與樣品中的元素濃度成正比。

第三大部分是計算機系統。計算機系統獲得測得的強度後,會通過預設的校準程序對數據進行處理並得出元素濃度。用戶界面可直接、清晰地顯示處理結果,僅需操作人員進行少量操作,結果也可列印或保存以便日後使用。

金屬樣品是如何產生特徵光譜的呢?

在放電的能量與金屬原子相互作用時,原子外層的部分電子會發生躍遷。外層電子由於離原子核較遠,吸附力弱,使其躍遷所需的能量也較少。電子躍遷後形成了空穴使原子處於不穩定狀態。

為了恢復穩定性,距離原子核較遠的高軌道電子會回落填補空穴。而電子在兩個能級之間移動時所釋放的多餘能量,就會以元素特徵譜線的形式發射出去。

根據電子在不同能級間躍遷的情況不同,每種元素髮射出一系列特徵譜線。每次躍遷都能產生波長或能量固定的特徵光譜。

檢測器會收集各個光譜線的峰值信號,處理後生成光譜,顯示光強以及對應的波長。這也就意味著OES可以進行定性分析/定量分析。

峰值波長能夠用於確定元素類型,峰值面積或強度則可以顯示出元素在樣品中的含量。

OES具有很多優勢:成本低、速度快、操作簡單、能夠測量多種元素,且測量範圍廣,包括碳、硫、磷、硼、氮等重要元素。在測量微量和雜質元素方面,其具有極高的精確度。

OES是金屬痕量分析的首選,目前也是唯一可用於實驗室外現場分析碳及氮元素的方法。

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