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标题:【文章转载】ARL-2460直读光谱仪长期稳定性研究

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【文章转载】ARL-2460直读光谱仪长期稳定性研究

摘 要:通过对ARL-2460直读光谱仪进行短、中、长期精密度试验,研究了仪器精度表达方式,同时探讨了波长漂移的问题。
关键词:直读光谱仪 精密度
1 引 言
  衡量直读光谱仪性能的优劣,一般采用检测限(LOD)来表示,但人们常常习惯用长期稳定性来衡量光谱仪的性能。这两种表达方式体现了衡量光谱仪性能的科学二维性,既反应了仪器的精确性,又反应了仪器的可靠性。仪器的长期稳定性无论对测量精度、分析结果的准确性,还是对分析速度,都有重要的影响。仪器长期稳定性差,不仅需要培训人员校准仪器,还需要及时修正仪器发生的漂移,占用了很多分析时间。过分频繁标定,还将浪费大量的标样,也必然增大产生人为误差的机会。此外,在现代化生产中,生产线上几乎不允许经常进行仪器标定。
  仪器的稳定性按时间长短通常表示不同,在短时间内表示测量误差的大小常称为精度,而长时间内的测量精度则称为再现性。笔者对ARL直读光谱仪进行了短、中、长期精密度试验,结果表明ARL直光谱仪长期稳定性突出。
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2 实验部分
2.1 仪器和试样
2.1.1 ARL-2460直读光谱仪[1] 焦距1m,采用帕邢-龙格安装,为真空型;由特殊低膨胀材料制成的光学室,容积<30L,最多可安装60条通道;仪器为防震、恒温型,温度控制在38±0.1℃;光栅和狭缝架采用三点式动态安装,光栅有一个光学反射面,光的利用率较高;凹面光栅的刻线数为1080gt/mm、1667gr/mm、2160gr/mm;可精确选择和调整每条谱线的狭缝位置和宽度;采用金属/电介质/金属(MDM)窄带滤光片可进行级次分离;大光电倍增管的直径为8mm;激发台有氩气保护;高能预火花(HEPS)可减轻由于冶金组织不同造成的基体干扰效应;点火器安装在激发台内,可减少电磁干扰;电弧放电和火花放电可分别用于痕量元素和高合金元素分析;还可以分析平面试样和线状试样;试样工作台用闭路水冷;仪器具有多种可编程的预熔和积分条件。
2.1.2 试样 A4号低合金钢SUS;SUSRH-30铬-镍钢;铬-镍钢。
2.2 实验方法
  对指定的分析样品,经过一定时间间隔,进行指定次数的分析,每次连续测量指定点数。分析元素数目和种类应同为低含量或同为高含量元素。
  在精密度试验中,至少连续测量5次,统计这5次的测量结果,用计算出的标准偏差或相对标准偏差来表示。中期稳定性试验的时间为5天,每天对校正试样进行2~3次分析,每次测量8个点,用计算出的标准偏差或相对标准偏差来表示。长期稳定性试验的时间为一个月,每天进行两次分析,每次测量5个点,用计算出的标准偏差或相对标准偏差来表示。
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3 结果与讨论
3.1 中期稳定性试验
  对A4号低合金钢SUS进行了为期5天的中期稳定性试验。每天分析3次,每次连续测量8个点。试验中测量了很多元素,但仅选用C、Ni、Si、Cr、S、Cu 6个元素进行统计,这些元素总的平均相对标准偏差(RSD)为1.8%。
  对铬-镍钢也进行为期5天的中期稳定性试验。为了生产优质铬-镍钢,不仅要控制痕量元素的含量,而且要精确控制高含量元素。试验材料是SUSRH-30铬-镍钢,测量次数与低合金钢相同。在试验期间仪器未作漂移校正或标定。结果表明Ni、Cr、Mo 3种高含量元素总的平均相对标准偏差(RSD)是0.42%。
3.2 长期稳定性试验
  试样为铬-镍钢,试验期间仪器不作漂移校正。每天分析2次,每次测量5个点。C、Si、Mn、Cu、Nb测量值是在为期一个月内的变化数据。低于1000×10-6的杂质元素最大相对标准偏差(RSD)为2.0%,而高于2%的合金元素最大相对标准偏差(RSD)为0.1%。
  试验结果表明,对于试样中含量较高的Cr、Ni合金元素,虽然仪器有一些漂移,但在一个月的生产周期中,长期稳定性仍然是十分突出的。
  试样长期精度(26天)与短期精度(5分钟,即重复测量5次)比较,几乎每个元素的长期再现性都在短期精度的2倍范围内。长期的RSD最低至0.255%,短期的RSD最低至0.15%。
3.3 波长漂移长期稳定性试验
  在ARL公司应用研究实验室的一台仪器上进行了为期1年的波长漂移稳定性试验,对几个主要元素每天进行波长位置的测量。笔者考察了3961A铝线在11个月内的稳定性,虽然有一些变化,但稳定性漂移曲线的斜率为0.007pm(即0.007×10-12m)/日。
  在另一台近4年未作重大改进的仪器上,定期记录了几种元素的波长漂移情况。试验结果为,平均波长漂移(在3年多时间内)曲线斜率为0.3pm/月,或小于0.01pm/日。在同一台仪器上,进行了9个月的不间断试验,结果为273nm铁线漂移曲线斜率仅为0.005pm/日。
4 结 论
  (1)ARL直读光谱仪的短期精度,相对标准偏差(RSD)最高达0.5%,对许多元素基本都在0.1~0.2%之间。
  (2)5~30天仪器中、长期稳定性(再现性)一般在相应短期稳定性(精度)的2倍范围内。
  (3)通过为期3年的测量表明,仪器波长漂移<0.01pm/日。
  (4)分析高准确性要求对仪器要进行标定。ARL直读光谱仪的设计大大减少了漂移,因此可连续几周不作漂移校正,仍能进行准确的分析。
  (5)由于仪器不需经常进行标定,每天可节约大量的标定时间和试剂。
  综上所述,ARL直读光谱仪的长期稳定性是相当突出的,可带来较好的经济效益。■
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