直读光谱仪及其在电力系统中的应用

    近年来,电力系统所选用的金属材料品种越来越多,特别是火力发电厂,随着高参数大容量机组的增加,合金化元素更加复杂,涉及铁基合金、镍基合金、铝基合金及铜基合金,这给金属化学分析提出了更高的要求。选用先进的测试仪器替代传统的手工操作,可以满足电力行业高速发展的需要,因此,通过广泛调研,河北省电力研究院锅检中心引进了3460型直读光谱仪。该直读光谱仪承担了河北省电网公司及电力行业各种金属材料入库检验及各种金属部件的失效分析,数据准确与否直接影响着电力生产的安全经济运行。

    1　主要特点

    3460型直读光谱仪用来定量分析各种金属试样中不同元素的含量,与湿法化学分析相比,有以下主要特点:

    a.可以多元素(其中包括C、P、S等)同时、快速分析　直读光谱仪可以在几十s内完成多种常见元素的一次分析。

    b.分析速度快　如果分析曲线正常,包括制样、激发在内,直读光谱仪分析仅需几min便可获得试样中所有元素的信息。

    c.具有极好的选择性　每个元素有自己特定的特征谱线,因此对于那些化学性质相近而又难以用化学法分离的元素,可以直接进行光谱分析。

    d.灵敏度极高　直读光谱仪的相对灵敏度可达到10^-6~10^-7。

    e.消耗的样品少。

    f.设备大,不易普及;

    g.严重依赖标样;

    h.对于使用、维护、检修和管理人员的素质要求较高。

    2　工作原理

    3460型直读光谱仪是一种同时式光电光谱仪,即当组成样品的原子受到外界高能光源的激发时,各个原子谱线的强度将被仪器同时吸收。整个测量系统是建立在物理现象基础上,即当某一能量施加到一个原子上时,一些电子就改变其轨道,当这些电子返回到原来的轨道时,以一定波长光的形式恢复到原来的能量,分析谱线的范围约为130~850 nm。

    当分析试样被施加一定的能量后,试样在瞬间由固态转化为气态,试样中不同的元素发出不同能量的光,经入射狭缝到达光栅上,色散成不同波长的单色光。不同波长的单色光通过光电倍增管产生光电流,即光能转变为电能,再通过计算机数模转换,测出特征谱线的强度,从而准确求得试样中各元素的含量。

    光谱分析是一种比较法,它是利用标准钢样制作标准曲线,再用标准曲线分析被测钢种元素。

    被测元素的曲线方程公式为:

    I=A₀+A₁^ωn+A₂^ω2n      (1)

    式中,I为强度比率,即分析元素强度与内标元素强度之比;A₀为曲线在Y轴上的截距;A₁为斜率;A₂为曲率;n为自吸收程度指数;ω为标钢质量分数。