直讀光譜儀重要精密度指標(biāo)的校準(zhǔn)分析與評價

苑和鋒 孫定煊 徐 玲 馬吉苗 沈立邦

（1.寧波興業(yè)盛泰集團(tuán)有限公司，寧波315300；2.寧波興業(yè)鑫泰新型電子材料有限公司，寧波315336；3.寧波禾隆新材料有限公司，寧波315335）

光電直讀光譜儀是發(fā)射光譜儀的一種，可用于金屬材料的快速定量分析，具有準(zhǔn)確、快速、多元素同時測定的特點，廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械等行業(yè)，特別應(yīng)用于銅加工材料的快速分析［1，2］。隨著科技水平的不斷發(fā)展，光譜儀向著更精準(zhǔn)、自動化程度更高的方向發(fā)展，光譜儀的技術(shù)性能也在不斷提高，因此在實際生產(chǎn)運(yùn)用中掌握并了解直讀光譜儀的技術(shù)特性非常重要。

1 SPECTROLAB直讀光譜儀的分析原理

光電光譜分析采用的原理是用電?。ɑ蚧鸹ǎ┑母邷厥箻悠分懈髟貜墓虘B(tài)直接氣化并被激發(fā)而發(fā)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(jīng)儀器的測量控制系統(tǒng)將電信號積分并進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，然后由計算機(jī)處理，并打印出各元素的百分含量［3］。

2 光譜儀檢定／校準(zhǔn)的依據(jù)

現(xiàn)行我國光譜儀檢定／校準(zhǔn)的依據(jù)是國家質(zhì)檢總局于2005年9月5日批準(zhǔn)的JJG 768－2005《發(fā)射光譜儀檢定規(guī)程》，并自2006年3月5日起實施。

JJG768－2005《發(fā)射光譜儀檢定規(guī)程》對直讀光譜儀的主要檢定項目、計量性能要求作了詳細(xì)規(guī)定［4］，見表1。

在JJG768檢定規(guī)程中，6.3.4條款中特別給出了這樣一個注解，即“若儀器只做鋁合金、銅合金、鉛合金，可采用相應(yīng)光譜分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)并參照本規(guī)程的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)和檢定方法進(jìn)行檢定”。因此，根據(jù)銅合金產(chǎn)品的特性可以對上表中的個別元素進(jìn)行調(diào)整。

表1 直讀光譜儀的主要檢定項目及計量性能要求

3 技術(shù)指標(biāo)的校準(zhǔn)方法

通過德國SPECTROLAB M10直讀光譜儀的使用情況，簡要說明幾個精密度指標(biāo)的校準(zhǔn)方法及判斷。

3.1 儀器的檢出限是靈敏度和穩(wěn)定性的綜合指標(biāo)

檢測儀器只有具有較高靈敏度和較好的穩(wěn)定性時，才有低的檢出限。直讀光譜儀攜帶的隨機(jī)軟件已給出相應(yīng)元素的檢出限，通過回歸曲線計算得出，可作為儀器性能的理論參數(shù)。

儀器檢出限可采用德國SPECTROLAB M10直讀光譜儀隨機(jī)標(biāo)樣連續(xù)10次激發(fā)，計算得出測量10次的標(biāo)準(zhǔn)偏差（s），檢出限為3倍的實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差。

式中：s—標(biāo)準(zhǔn)偏差；xi—單次測量值；X－—測量平均值；n—測量次數(shù)。

式中：DL—元素檢出限（%），s—標(biāo)準(zhǔn)偏差；b—工作曲線斜率。

由于受光源條件、譜線選擇、工作曲線、樣品質(zhì)量等因素影響，檢出限會出現(xiàn)較大差距。通過檢出限可以對不同的光譜儀進(jìn)行實際性能的比對，由此判斷儀器的靈敏度和穩(wěn)定性是否滿足檢測要求。

3.2 重復(fù)性測試

采用光譜儀隨機(jī)配置的標(biāo)樣對儀器標(biāo)準(zhǔn)化后，連續(xù)激發(fā)10次測量某個光譜分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中元素的含量，計算出10次測量值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），即為其重復(fù)性。

3.3 穩(wěn)定性測試

儀器正常工作狀態(tài)下，激發(fā)光譜分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對元素進(jìn)行測量。在不少于2小時內(nèi)，間隔15分鐘以上，重復(fù)6次測量，每個樣品激發(fā)3次。所有數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，通過應(yīng)用DIA2000數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計功能得出平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差、極值、極差、相對極差。此6次測量值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為穩(wěn)定性。計算同式（3），但n＝6.

4 校準(zhǔn)對比試驗

通過試驗人員的一組檢測數(shù)據(jù)及浙江省計量科學(xué)研究院出具的計量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的對比，對直讀光譜儀的檢出限、重復(fù)性和穩(wěn)定性進(jìn)行評價。

（1）試驗人員對制備完好的實際樣品A連續(xù)激發(fā)8次［5］，測量數(shù)據(jù)見表2。

通過以上測量值，分析得出每個元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差（s）與相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）見表3。通過數(shù)據(jù)分析表明，主要元素Zn、Pb、Fe、Ni的檢出限和重復(fù)性較好。

表2 實際樣品A測量數(shù)據(jù)%

表3 測量元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差（s）與相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD） %

（2）浙江省計量科學(xué)研究院檢定員依據(jù)JJG768－2005《發(fā)射光譜儀檢定規(guī)程》對SPECTROLAB M10直讀光譜儀進(jìn)行了校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)果見表4。

表4 浙江省計量科學(xué)研究院的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

通過二者對比發(fā)現(xiàn)，SPECTROLAB M10直讀光譜儀主要元素的重復(fù)性和穩(wěn)定性符合JJG768檢定規(guī)程里的計量特性要求，測試結(jié)果穩(wěn)定，該儀器能保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5 結(jié)論

在設(shè)備保持良好的計量特性前提下，測試者要注意爐前來樣的代表性，因此要求熔鑄工在爐內(nèi)金屬液充分融合、攪拌均勻后再進(jìn)行取樣。在對來樣表面的雜質(zhì)或氧化物處理后，光譜激發(fā)出來的斑點才有代表性，才真實反應(yīng)爐內(nèi)金屬液的化學(xué)成分。

質(zhì)量離不開檢測，檢測離不開計量，計量是質(zhì)量的保證。計量檢測是整個企業(yè)素質(zhì)和管理現(xiàn)代化的最基本的條件。因此，光譜檢測工作者要熟悉并了解直讀光譜儀精密度指標(biāo)的校準(zhǔn)方法，這樣才能保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，提供符合顧客計量要求的產(chǎn)品。

［1］孫曉萍.直讀光譜儀檢定技術(shù)的探討［J］.計量技術(shù).2011（2）：46－48.

［2］廉恩常.光電直讀光譜儀的工作原理及誤差分析［J］.中國計量.2010（7）：96－97.

［3］陳建華，苑和鋒.SPECTROLAB直讀光譜儀應(yīng)用系統(tǒng)與技術(shù)調(diào)試分析［J］.經(jīng)濟(jì)師.2009（9）：294－295.

［4］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.發(fā)射光譜儀計量檢定規(guī)程（JJG768－2005）.北京：中國計量出版社.2006：頁碼

［5］國家發(fā)展和改革委.銅及銅合金分析方法光電發(fā)射光譜法（YS／T482－2005）.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.2005：頁碼