光谱仪谱线位移动态校正系统研究
1 引 言
多通道直读光谱仪工作原理如图1所示。待测物样品在等离子炬中燃烧,激发出该样品所含各种元素的谱线。通过入射狭缝射入凹面光栅,被色散成为各独立谱线,分别通过各自的出射狭缝照射到对应的光电倍增管上,转换为与谱线强度成正比的光电流信号。再经过电容充电积分变为电压信号,A/D转换后变为相应数字量存入计算机中。由于谱线强度与元素含量存在有确定的线性关系,由此测出各种元素的含量。
由图1可知,谱线必须精确对准出射狭缝中心,凹面光栅才能测得其强度峰位即最大值。光谱仪在出厂时经入射狭缝光源把各出射狭缝准确地安装在其应有的工作位置上。可是在实际工作时由于外部环境多种因素的影响,色散谱线的位置依然可能变化,即谱线相对于已经装好的出射狭缝产生位移。这种位移对分析结果将产生较大影响。如果谱线位移量较小,至少将使部分光不能通过出射狭缝,使测得谱线强度下降,峰位不能出现。如果谱线位移量较大,则可能使谱线放大强度消失,或者使分析谱线附近其它元素谱线(干扰谱线)通过出射狭缝,造成测得干扰谱线的错误结果。实践表明,谱线的这种位移是经常出现的。因此,在每次实际测量样品之前都必须要校正这种位移,寻找被测值的峰位。
现代直读光谱仪都设有精密校正机构,供用户校正可能出现的谱线位移。常用的谱线位移校正机构的工作原理:①直接或间接地改变入射狭缝的位置;②沿光谱成象面调整出射狭缝位置;③转动色散元件。一般通过操作者旋转鼓轮带动上述部件随动来调节谱线的位置。
2 动态校正方式的提出
由于引起谱线位移的原因很多。虽然在样品测试前已进行校正,但在测样过程中依然可能发生新的位移,特别是在样品较多,测试时间较长的情况下。一般这种位移量较小,单从样品强度上难以识别。但其引起谱线强度的下降,可使测试标准发生变化,给检测结果带来附加的误差。因此,为了提高测量的准确性,我们需要能够在样品测试过程中对谱线位移情况进行跟踪,并能够适时地将其调整至正确的位置。即需要动态地对谱线位置进行监测与校正,以克服可能发生的位移。这样的动态系统应该具有智能化调控功能,能够在样品测试过程中监视谱线位移情况,自动或定时选择启动校正的时机;能识别出已经发生的位移,并自动准确地将其消除;调节速度应快,以减少对正常测试工作的影响。
3 动态校正系统的设计
3.1 动态校正方式的原理
对于一个较长的测试时间段而言,我们很难确定在何时发生谱线位移,但一般情况下在较短的时间内谱线位置变化很小,这种微小的变化并不能引起强度下降,这是由于狭缝宽度决定的,对于这种微小位移,我们认为是允许的位移范围。如果在此范围内将谱线又调回至初始位置,那么相对于强度等于没发生位移。因此,若将一个较长的时间分成若干较短的时间段,分别对每段进行监测,并统一以初始标准进行校正,则可保证全部测试时间内谱线位置的正确,其原理如图2所示。假设全部测试时间只测试一个样品的固定谱线,在没发生位移的情况下,谱线位置与强度应为一固定值,在时间与谱线强度及位置坐标上分别表现为两条平行t轴的直线。
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