火花放电原子发射光谱仪自动校正校准曲线的可行性探讨

碳素钢和中低合金钢日常生产中需要检测多达10余种元素,往往不同牌号钢种中各元素含量范围相差较大,目前各大钢铁公司在线检测主要采用火花放电原子发射光谱法,利用人工对检测设备进行校正,一方面受生产计划及人员技能水平制约,另一方面校正耗时较长,不能满足高效、准确的现代化冶炼技术要求。实验通过优化标准化样品,采用原始校准曲线法替代类型标准化,利用自动校正程序校正火花放电原子发射光谱仪标准曲线。经过生产检验验证,校准曲线按照预先设定周期自动校正后判定结果,不受检验人员技能影响,且各钢种均采用持久曲线法,不需要对不同钢种进行区分,不受生产计划制约。6台火花放电原子发射光谱仪校正时间由原来的6 h减少到1.5 h。经过生产检验验证方法满足GB/T 4336—2016精密度及正确度验证要求,能够应用在钢铁行业在线自动检测过程中。     

火花放电原子发射光谱法分析带极堆焊熔敷金属中7种元素

在实际生产应用中,火花放电原子发射光谱法广泛应用于带极堆焊熔敷金属的日常检验。因生产工艺和组织结构等因素的差别,使用标样作为类标样品时分析结果存在误差。实验针对带极堆焊熔敷金属,开展了火花放电原子发射光谱法应用于碳、硅、锰、硫、磷、铬、镍7种元素含量检测的应用研究,通过对光源参数中冲洗时间、预燃时间、积分时间进行优化,确定了冲洗时间为5s、预燃时间为6s、积分时间为7s的实验条件。探讨了使用标准样品和自制控样两种类型标准化方法对分析结果的影响。试验发现,采用不锈钢标样ZBGS003作为类型标准化样品测定带极堆焊熔敷金属时,碳、锰、铬、镍尤其是铬的分析值与化学湿法相差较大。而采用自制的带极堆焊熔敷金属建立类型标准化曲线后,测定结果与化学湿法分析结果基本一致。     

光谱分析用GH4169高温合金质量控制样品的研制

目前国内没有高含量P和Nb的GH4169高温合金标准物质用于检测过程的质量控制,研制的GH4169高温合金质控样品中P和Nb最高含量为0.014%和5.37%,能够满足分析过程质量控制的需求。选择美国和中国生产的4种GH4169高温合金原料加工制备质量控制样品。采用火花放电原子发射光谱法对样品进行测试,用t检验考察原料中各元素面分布和纵向分布的一致性,结果表明各元素无偏析;用方差分析法考察质控样品的均匀性,结果表明样品均匀性良好。质控样品由12家有丰富高温合金检测经验的实验室采用湿法分析定值,确定了Nb、P以及Ni、Cr、Mo、Ti等共12个元素的值及扩展不确定度。采用火花放电原子发射光谱法和X射线荧光光谱法考察了质控样品各元素与镍基有证标准物质的成线性,结果表明质控样品和标准物质有良好的线性关系。     

火花源原子发射光谱分析纯铜中铁和磷结果稳定性的探讨

针对影响火花源原子发射光谱分析纯铜中铁、磷元素稳定性的多种因素进行了初步探讨。试验中发现仪器的稳定性、试样的制备、氩气纯度、光室真空度、控样的选择等都对纯铜中铁、磷元素分析结果稳定性产生影响。为提高分析结果稳定准确性,采取了五方面改进措施:对仪器定期或按需描迹,对工作曲线的漂移使用再校准样品进行修正;取样模具应根据样品成分不同而制,块状样品和板材样品加工各有不同;保证氩气纯度,发现激发斑异常及时更换;光室真空度根据观察情况和短波元素绝对强度变化来确定;控样和分析试样采用相同或相近的熔炼方法,保证其均匀性和准确性。采取以上措施后,纯铜标准样品测定结果的再现性满足标准的要求。     

火花放电原子发射光谱法在焊接材料检验中的应用进展

近年来,火花放电原子发射光谱法在焊接材料生产过程质量控制方面应用广泛。然而,作为样品表面分析技术,火花放电原子发射光谱法对于焊接材料领域的分析瑕瑜互见。文章综述了火花放电原子发射光谱法在几种不同形状焊接材料分析过程中的应用现状,梳理了火花放电原子发射光谱法分析不同基体焊接材料、不同种类元素、多种分析功能的发展应用,总结了火花放电原子发射光谱法分析焊接材料的质量控制手段。最后提出了对小规格焊丝和焊带的分析是火花放电原子发射光谱法分析焊接材料的瓶颈,也是将来一段时间火花放电原子发射光谱法在焊接材料领域发展所面临的主要问题。     

运用Excel统计处理光谱分析内控标样均匀性的检验数据

在Microsoft Excel中设计方差工作模板,依据方差理论,将该模板应用于光谱内控样Mn元素的均匀性检验中,取得了良好的效果,从而达到用自制内控标样替代一部分标准物质的目的。该模板也可用于其他常规元素的均匀性检验。     

高锰无磁钢检测方法开发和应用

应用直读光谱仪检测特变电专用20Mn23AlV高锰无磁钢中锰含量。通过对样品制备、光源分析条件优化,消除共存元素干扰,对一些超出标样含量范围的样品进行定值,扩展工作曲线的测定范围,进行精密度和准确度试验,开发了火花放电原子发射光谱法检测高锰无磁钢中锰含量方法,填补了火花放电原子发射光谱法检测高锰无磁钢中锰的方法空白。     

火花源原子发射光谱法测定纯金中14种杂质元素

探讨了火花源原子发射光谱法分析纯金中14种杂质元素的分析条件、标准样品及分析样品处理方法,确定了各杂质元素工作曲线线性范围。采用压片方法制备漂移校正样品和纯金试样,用稀盐酸去除试样表面的沾污,工作曲线采用仪器内置的纯金标准曲线,并通过内部质量控制样品和校正样品监控。对于纯金中14种杂质元素的测定,相对标准偏差小于2.76%;测定结果与其他方法相比,吻合较好。     

火花放电原子发射光谱仪稳定性探讨

火花放电原子发射光谱仪在国内钢铁企业大量配置。设备按需求配置待测元素的原始校准工作曲线,用户在现场进行全局标准化、曲线确认后,仪器即可投入分析工作。其间,选取适宜的监控样品对测量结果进行定期监测,而监控间隔取决于仪器的稳定性。稳定性是监控测量结果的准确度,即精密度和正确度。对火花放电原子发射光谱仪进行稳定性评定的方案设计,将目标测量时间分为多个时间节点,选取合适的光谱标样,执行标准GB/T 4336—2016,在每个节点对标准样品进行测量。利用标准中给出的精密度数据,采用精密度、正确度判据及χ²统计量对测量数据进行以下5项指标检验:各时段内数据重复性(y_i1-y_i2)、各时段内数据正确度(公式)、时段间重复性(s²_rt)、时段间总精密度(公式)及总均值正确度(-μ₀),各指标顺次逐步评价,前二者评价时,以保留最多组连续数据为准;后三者评价时,从最后数据开始剔除至满足相关检验要求。整理剔除后的最终数据,计算各元素连续稳定的最短时间,即为该元素在该含量水平下的稳定性时间上限T_MAX,以所有元素所有水平下的T_MAX作为仪器的稳定性时间上限。论文所用光谱仪稳定性时间上限为6 h,在此时间内,仪器无需任何校正。采用T_MAX指标时实验室不需要监控实时测试数据,采用该指标评价火花放电原子发射光谱仪能够为实验室节省时间和成本。     

含钼、铜、铌、氮不锈钢化学和光谱分析系列标准样品的定值研究

采用纯金属原材料配制原料,选择合理的冶炼及锻轧工艺进行加工,成功研制出了包括高钼、高铜、高铌、高氮在内的20个元素的不锈钢化学分析及光谱分析用系列标准样品。按材料的不同部位选取20块样品,随机排序用火花源原子发射光谱仪进行均匀性检验,双因素方差分析统计处理数据,结果表明本套不锈钢标准样品有良好的均匀性。9家对标准物质定值有丰富经验的单位协作定值,确定了20个元素的认定值及标准不确定度。经同类不锈钢标准样品稳定性考察,此类标准样品稳定性良好,有效期可定为15年。射频辉光放电发射光谱的分析结果进一步证明:本套不锈钢标准样品的各元素成分含量有良好的梯度分布,对定值元素进行成线性考查,线性关系良好。     

火花源原子发射光谱仪激发台改造

在对ARL3460火花源原子发射光谱仪激发台的改造过程中,使用激发台板镶嵌活动垫圈的方法形成新的工作平面。通过对仪器进行漂移校正、类标校正、精密度实验和准确度实验证明,漂移校正系数α、β值优于改造前且接近1.0,相对标准偏差(RSD)＜3%,分析偏差均在各元素允许偏差范围内。     

火花放电原子发射光谱测定镍基合金中铁元素的校准曲线探讨

火花放电原子发射光谱仪一般在仪器出厂时已配置目标测量元素的原始校准曲线,仪器用户经标准化、曲线确认后即可开展相关检测工作,光谱仪的原始校准曲线正确度的高低将直接影响测试结果的正确度。本实验室光谱仪在测定镍基合金中低含量Fe元素时常出现负值且精密度较差的现象,采取控制样品法也无法获取准确结果。为满足产品标准要求,下延镍基合金中Fe元素的测定下限,提高Fe元素的分析正确度,试验通过调整Fe元素低含量段校准曲线Mo元素的干扰校正方式及校正系数,解决了低含量Fe元素测试结果出现负值的问题;通过对校准曲线添加新的控制样品、重新拟合校准曲线将原三次曲线变更为二次曲线,大幅提高了测试结果的精密度及正确度,从而建立了一条新的镍基合金中低含量Fe元素的校准曲线,Fe元素测定下限由0.50%(质量分数)延伸至0.010%(质量分数)。     

火花源原子发射光谱法测定钢中氮

以火花源原子发射光谱法测定钢中氮,对样品制备、冲氩时间、预燃时间等分析条件进行讨论,发现砂纸磨样、铣床铣样两种样品制备方式对精度影响不大,考虑圆柱样品铣床制样不易控制,因此实验采用砂纸制样,同时确定冲氩时间和预燃时间均为5　s。为消除共存元素干扰,采用共存元素硅进行干扰校正,校正后校准曲线线性良好,元素的测定范围为0000 5%～0023 0%,氮的检出限为0000 5 %。对生产样和标样进行精密度考察,相对标准偏差（n=11）均小于5%;采用本法及惰气熔融热导法同时对样品进行分析,测定值基本一致,t检验的结果证明两种方法没有显著性差异。方法已应用于实际生产。     

B级铸钢光谱分析用控制样品的研制

根据B级铸钢产品标准进行控制样品成分设计,采用合理的熔铸工艺研制出含碳、硫、硅、锰、磷、铜、镍等7个元素标准样品。此标准样品经金相检查,结果表明,结构组织均匀、致密,无夹杂、气孔、裂纹等缺陷。用单因素方差分析法进行均匀性检验,均匀性良好,能满足光谱分析用标准样品的要求。采用多种准确可靠的分析方法对控制样品进行定值分析,并对分析结果进行数理统计处理,确定了待测元素的标准值及不确定度。该控制样品可用于B级铸钢的炉前及产品质量控制校正分析。     

火花源原子发射光谱法测定海绵钛样品及样品制备方法的影响

从样品制备评价和校准曲线的建立两方面开展对火花源原子发射光谱法测定海绵钛中Si、Fe、Mn、Mg等元素的实验研究。主要考察了样品表面的均匀性、车削纹和车削深度对测定结果的影响。研究表明,保持激发表面平整、光洁、无明显车削纹(表面粗糙度R_a≤1.6 μm)、车削深度控制在12 mm以内,可获得相对稳定的测定结果。利用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定并经化学分析法确认后定值的样品绘制校准曲线避免了绘制曲线的标样与实际样品存在基体不匹配的问题,拓展了火花源原子发射光谱仪中内置的Si、Fe、Mn等曲线的测定范围,并建立了Mg的校准曲线,各曲线相关系数R²≥0.995。采用实验方法对海绵钛样品中Si、Fe、Mn、Mg进行测定,并与ICP-AES法进行对照,结果吻合性良好。t检验结果表明,实验方法与ICP-AES法无显著性差异。     

火花放电发射光谱法同时测定铍青铜中多种元素

为了满足铍青铜化学成分快速测定需求,开发了利用火花放电发射光谱法直接测定铍青铜中Be、Co、Pb、Fe、Al、Ni、Si 7种元素的方法。用120目(124μm)刚玉砂纸打磨样品表面,优化光源激发条件为:冲洗时间10s;预燃时间15s;积分时间10s;频率500Hz;预燃能量0.5;积分能量0.09;氩气流量9L/min;以Cu 296.1nm谱线作为参比线,优选各元素的线性和精密度均较好的谱线作为该元素的分析谱线。利用购买的标样与电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)和原子吸收光谱法(AAS)共同定值的内控样一起绘制校准曲线,各元素校准曲线线性相关系数R~2均在0.995以上。对样品进行精密度试验考察,各元素测定结果的相对标准偏差(RSD,n=11)在0.39%~1.5%之间。对铍青铜未知样品进行正确度考察,测定值与湿法结果一致。     

X射线荧光光谱法测定不锈钢中多种元素

采用铣床制样,建立了X射线荧光光谱法(XRF)测定不锈钢中硅、锰、磷、硫、铬、镍、铜、钼、钒、钛、铌、钴元素的分析方法。通过对铣床和磨样机处理样品表面的分析,确定了铣床制备样品表面的最佳参数。对X射线荧光分析仪基本分析条件优化后,绘制了不锈钢样品中碳、硅、锰、磷、硫、铬、镍、铜、铝、钼、钒、钛、铌、钴、钨、钙、砷、锡、铅、锑和铁21个元素的回归曲线,对其中磷、硫、铬、镍、铜和钴元素进行干扰校正后,得到了较为理想的结果。比较了实验方法与火花源原子发射光谱法分析不锈钢中铬和镍元素的精密度,结果表明,实验方法的分析精密度较好。对精密度进行了验证,硅、锰、磷、硫、铬、镍、铜、钼、钒、钴元素的相对标准偏差(n=11)在0.08%~3.8%之间;对不锈钢标准样品进行分析,实验方法的分析结果与湿法或火花源原子发射光谱的测定值吻合较好。     

火花源原子发射光谱法测定不锈钢中痕量铝

常规的国家标准方法(EDTA滴定法或分光光度法)不满足铝质量分数小于0.01%的不锈钢分析要求。试验通过新建铝元素虚拟分析通道,重建虚拟通道的分析曲线,消除不锈钢中含量较高的共存元素对于铝元素测定的干扰,利用原通道和虚拟通道分离铝元素的分析范围,使用高低标法对低含量段铝进行校正,提高了火花源原子发射光谱仪对于不锈钢中痕量铝元素的分析准确度。试验证明:上述改进对于光谱测定不锈钢中痕量铝含量的准确度有明显的提升;在不锈钢中铝质量分数小于0.001%的情况下,该方法的测定误差可以控制在0.000 5%以内且分析精密度与电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)的精密度相近;经统计分析,铝元素分析曲线校正后12 h内不易发生漂移;生产样均匀性能够满足分析要求。因此实验方法能够满足不锈钢生产试样炉前快速分析的需要。