國內外光電直讀光譜儀的發展

國內外光電直讀光譜儀的發展

    光譜起源于17世紀，1666年物理學家牛頓第一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現太陽光譜不是一道完美無缺的彩虹，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年克希霍夫和本生為了研究金屬的光譜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第一臺實用的光譜儀器，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現堿金屬元素銫Cs、1861年又發現銣Rb和鉈Tl，1868年又發現銦In和氦He。1869年又發現氮N。1875~1907年又相繼發現鎵Ga，鉀K，銩Tm，鐠Pr，釙Pe，釤Sm，釔y，镥Lu等。

    1882年，羅蘭發明了凹面光柵，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構，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，其對光譜的激發過程、光譜線強度等提出比較滿意的解釋。

    從測定光譜線的絕對強度轉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展到定量分析創造基礎。從而使光譜分析方法逐漸走出實驗室，在工業部門中應用了。

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

    最早的光源是火焰激發光譜；后來又發展應用簡單的電弧和電火花為激發光源，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光源，提高了光譜分析的穩定性。工業生產的發晨，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，促進了光譜學的發展和工業生產的發展。

    六十年代光電直讀光譜儀，隨著計算機技術的發展開始迅速發展，1964年ARL公司展示一套數字計算和控制讀出系統。由于計算機技術的發展，電子技術的發展，電子計算機的小型化及微處理機的出現和普及，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，而且對分析結果的數據處理和分析過程實現自動化控制。

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

    1958年開始試制光譜儀器，生產了我國第一臺中型石英攝譜儀，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年由北京第二光學儀器廠研究成功國內第一臺WZG—200平面光柵光量計，結束了我國不能生產光電直讀光譜儀的歷史。

    八十年代以來，我國鑄造行業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的濕法化學分析法，至今已發展到中小企業也逐步采用光譜法配合作爐前分析。國外引進的鑄造生產線已配備了專用的光譜分析設備，作為成套設備進入中國，這是鑄造行業對質量控制要求越來越嚴的發展的必然結果，也是光電光譜分析本身的優點決定了這一技術自1945年問世以來，歷時五十六年而經久不衰之緣故。

眾所周知，原子發射光譜分析所采用的原理是用電弧（或火花）的高溫使樣品中各元素從固態直接氣化并被激發而發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，經儀器的控制測量系統將電信號積分并進行模/數轉換，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射光譜分析，有其獨特的、特別適合于配合爐前分析的優點，使其發展成為金屬冶煉和鑄造行業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，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、 從樣品激發到計算機報出元素分析含量只需20-30秒鐘，速度非常快，有利于縮短冶煉時間，降低成本。特別是對那些容易燒損的元素，更便于控制其最后的成份。

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，對于牌號復雜的產品，要求分析元素愈多愈合算，經濟效益好。

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

五、 分析數據可以從計算機打印出來或存入軟盤中，作為永久性記錄。

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均競相采用這類儀器成為一種常規分析手段，從保證產品質量，從經濟效益等方面，它是十分有利的分析工具