平面光栅摄谱仪改造为光电直读光谱仪

　　1　前言

　　国内现有4000多台二米(一米)平面光栅摄谱仪,多数已闲置不用。我们采用ICP扫描直读技术对光栅摄谱仪进行技术改造,使之成为近代的ICP顺序扫描直读光谱仪,是很有意义的工作。将摄谱仪改造成为顺序扫描光谱仪,一些前人认为是不可能的[1]。我国国土资源部门科技人员经过10多年的攻关,1992年完成了第一代实用的改造仪器;1994年又完成了自动扫描比较完整的第二代改造仪器。为使改造技术更加完善,能普遍推广应用,1996年国家科技部将此项研究工作列入国家重点科技项目(攻关)计划和推广项目。由地矿科技开发中心实验技术部承担(以下简称实验技术部),我们经反复论证研究,在光、机、电一体化的构思指导下,确定分为精密机械、硬件电路、控制及分析软件三组进行攻关。在攻关过程中又互相协作;为适应顺序扫描直读光谱的需要,实验技术部先后与河北矿产测试应用所、河北大学合作开发研制ICP光源、空心阴极灯光源。整个开发研究项目分四个部分进行。研制工作在张天佑教授级高工和黄仕永教授的精心组织和技术指导下,于1998年顺利地完成了该项目的攻关任务,实现了将摄谱仪改造升级为高性能的ICP扫描式直读光谱仪,达到了20世纪90年代同类中档仪器的综合性能。同年通过了技术鉴定和国家验收[2~4]。

　　2　改造技术系统简介

　　改造仪器结构示意图如图1所示。改造技术系统分四个部分:光源、机械结构、硬件电路、实时控制系统软件。

　　2·1　光源

　　2·1·1　ICP光源

　　电感耦合等离子体(ICP)是至今最好的光谱分析光源。它可激发的元素在60种以上,且检出限低,能满足精确分析的要求,分析费用低,动态范围广,操作和维护容易。

　　ICP的形成是利用高频感应加热原理,由高频发生器(又称高频电源)及一个炬管线圈产生很强的高频电磁场,并作用于炬管中的氩气上,使流经石英炬管的氩气在高频电磁场的作用下电离而形成能自持的等离子体。高频发生器主要有两种类型:自激式、他激式[5]。我们研制的高频发生器为自激式,其特点是结构简单,价格比较低廉,虽频率稳定性和功率稳定性比他激式差,但在技术指标上基本能满足光谱分析要求。仪器的电路设计采用了晶闸管三相交流调压、单片计算机、数字锁相、大强度脉冲触发等技术,使仪器具有重量轻、功率稳定度高等优点。同时还具有自动相序识别、缺相、过流、缺水等保护以及故障自诊断功能。采用了真空可调电容、具有软启动和稳压功能的灯丝变压器、旋流式雾室等优质元器件,以提高仪器的可靠性和稳定性,所研制的自激式等离子体发生器原理框图如图2所示。