專利名稱：光譜分析方法和分析系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光譜分析方法和系統。
火花放電的光譜分析是這樣進行的在放電電極和樣品之間產生火花放電，對火花進行光譜分析。每次進行放電時放電的光發射是不同的。
因此放電要重復數千次來累加各個元素譜線的光量。對于定量分析，把到達一預定量的、均勻地散布在樣品中的一種單一的元素作為一內稟標準元素。該內稟標準元素的譜線的光強被累加。在該內稟標準元素的譜線的光量的累加值達到一預定的量時的待測元素譜線的光強的累加值被用來作為分析的定量值。但是火花放電的光量是不規則的。在光量處于規則區以外的放電時，待測元素譜線的光強不總是與內稟標準元素譜線的光強成比例的。因此，僅僅對大量的測量數據進行累加無法提供高度準確的分析。
以往為解決上述問題，每次放電時，只要內稟標準元素譜線的光強在某一區域內，就對該內稟標準元素和待測元素的譜線的光強進行有選擇的累加。然而，該內稟標準元素的譜線的光強度取決于它的含量。因此該方法的缺點在于，如果該內稟標準元素譜線光強的選擇區被預先確定，該內稟標準元素的含量的變化就受到限制而這種分析就只能限于分析一已知樣品。雖然監測單個內稟標準元素可以反映放電本身，但不足以消除對諸如針孔和障礙物等缺陷對火花的影響。
因而本發明的目的在于提供改進的光譜分析方法和分析系統。簡要地說，根據本發明，在光譜分析中，樣品中多種元素被定為監測元素。每次激化樣品時，諸監測元素和待測元素的譜線光強被檢測和存儲。以所存儲的數據確定出各監測元素的譜線的光強分布。再基于該分布，確定出各監視元素的譜線光強的優選區。參照所存儲的數據，在每次激化監測元素的譜線光強處于優選區內時，對待測元素的譜線光強進行累加。
根據該光譜分析儀和分析方法，除內稟標準元素以外均勻地容納的其他元素被用作監測元素。只要多種監測元素的各自譜線的光強均處于各個預定的水平，這時待測元素的數據就用作有效數據。由于樣品的某些缺陷、較差的放電、光的彌散(變位)等造成的無效數據能被有效地去除。為確定預定的水平，該分析被重復一千到幾千次，每次激化時都檢測并存儲每個監測元素與待測元素的各自譜線的光強。基于這存儲的數據，確定諸監測元素的各自譜線的光強分布從而可方便和可靠地設定諸監測元素各自的預定水平。
本發明將通過下面僅僅作為舉例說明而不是對本發明進行限定的詳細描述和附圖而變得更易理解。其中，
圖1示出根據本發明較佳實施例的分析系統的框圖;
圖2示出由分析系統給出的測試數據;
圖3示出根據本發明另一個較佳實施例的分析系統的框圖。
圖1示出根據本發明分析系統的框圖。系統中設有用于使樣品3火花放電的火花室1，該火花室1充滿氬氣。火花放電電路2用來產生火花放電的脈沖。一對置電極4置于樣品3的前面。來自火花放電電路2的高電壓脈沖加在對置電極4與樣品3之間，從而使對置電極4與樣品3之間產生火花放電。一內部形成真空的分光光度計5。入射光縫用來從對置電極4與樣品3間發出的火花光引出平行的光輻射。該平行光輻射被導向一預定的方向。由衍射光柵提供光譜分析。出射光縫8至11的位置安排得使火花經衍射光柵7衍射在光譜圖像投影上被導向諸監測元素的各自譜線的位置上。這樣，火花通過各自的出射光縫8至11只入射到光電倍增管12至15上。電路設有單脈沖累加器16至19用來累加由光電倍加管12至15檢測出的每次火花的譜線光強信號。設有開關裝置20用來將由累加器16至19累加得到的累加值(原始數據)送給模/數(A/D)變換器21。該A/D變換器21用來將所接收到的簡單數據轉換成數字信號。設有存儲器22用來存儲原始數據和別的數據。微機23用來根據存儲在存儲器22中的數據控制各自的元素并計算測試的值。
樣品3和對置電極4間的火花放電重復一千至幾千次來對每次火花測出如圖2(A)至圖2(C)所示的監測元素各自的光強。圖2中，對于各種監測元素在時間軸上相同位置的縱線的長度表示一次火花譜線的光強。給出的監測元素各自譜線的光強數據然后被存儲進存儲器22中。從存入存儲器22中的數據，確定出監視元素(內稟標準元素、O和H等)原始數據的平均值和偏差值σ。依照數據的離散(偏差)狀況而確定出有效區。例如，內稟標準元素的有效區設定為平均值上下2σ。其他監測元素的有效區設定為低于平均值±2σ。過分強的O和H的譜線光強被排除的原因是這些元素可能形成氧化物和氫氧化物從而成為樣品中的障礙物和結晶邊界的沉積物。這些元素的光強很大的原因被認為是障礙物和結晶邊界散射火花引起的。只要火花是這樣的情況，即各個監測元素的原始數據均在如此確定的監測元素的有效區內，該火花產生的內稟標準元素和監測元素的譜線光強被當作從存儲器22的數據中分離出的有效的原始數據。即，若監測元素的任何數據在有效區外(圖2中火花④，⑤，⑥和⑩)，這些火花的任何測試數據都不作為有效的測試數據。累加待測元素和內稟標準元素的分離出的有效原始數據。該內稟標準元素的累加達到一預定的值時的待測元素的累加值被輸出作為測試數據。否則，如圖2(E)所示，確定出對于同一次火花待測元素的有效原始數據與內稟標準元素的有效原始數據的比值，而以比值的平均值作為測試數據。
圖3示出另一較佳的實施例，其中的對置電極4由激光槍30代替，火花放電電路2由激光槍驅動電路31取代，這樣樣品3就由激光束激化。其他部分和數據處理操作均類似于上面的實施例。
較合適的激光器是有較短激光脈沖和高輸出性能的N2激光器。當N2激光束在低于幾torr的壓力下入射到一金屬樣品上時，產生小直徑的連續(白)的一次等離子體和以半球形式環繞連續(白)的一次等離子(plasuma)體的二次等離子體。使用發射出的二次等離子體是因為二次等離子體能避免本底的影響而提供高的分析準確性。激光束可以通過掃描擴展到樣品3的整個表面。在上面的用火花放電的實施例中，火花放電的放電位置是隨機的，如果放電位置移到一個點上，就不同能得到樣品3的整個表面上的一致的分析結果。但在本較佳實施例中，激光束的照射通過掃描在樣品3的整個表面上進行。因此，在本實施例中，樣品3的整個表面的平均分析結果是可信的。
對多種元素進行如上所述的監測使得僅在所有的監測元素的數據均被認為合適時的火花所給出的數據才當作有效。異常的數據被有效地剔除以提高測試準確性。用于去除異常值的預定水平可自動地設定所以可以很方便和可靠地建立預定水平。該預定水平是根據實際的測試值而確定的。如果以不銹鋼的元素鐵作為一內稟標準元素，鐵的比率取決于不銹鋼的類型，所以鐵的譜線的平均光強也彼此不同而取決于鋼的類型。即使無法確定不銹鋼的類型，該預定水平仍能自動地較好地設定。氧和氫被選作監測元素時也是如此，氧和氫存在于自然界，不同樣品，氧和氫的組份也不同，但也完全可以為這些監測元素設定預定水平。
以上雖然僅描述了本發明一些特定的實施方案，但顯然對于本領域的技術人員來說，是完全可以在不脫離本發明權利要求書中的精神和范圍的情況下對之進行種種的改變和變化的。
權利要求
1.一種光譜分析方法，其特征在于，包括如下步驟指定樣品中多種元素作為監測元素；多次激化樣品；每次所述樣品被激化時檢測所述監測元素和待測元素的譜線光強；存儲所檢測到的譜線的光強；基于所述存儲的數據得到所述監測元素的譜線光強的分布并根據所述分布確定所述監測元素的譜線光強的有效區；只要所述監測元素的譜線光強在依據所述存儲數據確定的有效區內就累加各次激化時的所述待測元素的譜線光強。
2.如權利要求1所述光譜分析方法，其特征在于所述確定步驟中包括確定所述監測元素的譜線光強的平均值和偏差值。
3.如權利要求1所述光譜分析方法，其特征在于所述激化步驟是通過放電進行的。
4.如權利要求1所述光譜分析方法，其特征在于所述激化步驟是通過激光照射進行的。
5.一種光譜分析系統，其特征在于包括用來使樣品激化和發射的激化裝置;用來對所述樣品的發射進行光譜分析的光譜分析裝置;用來檢測由所述光譜分析裝置在每次樣品發射時光譜分析的譜線光強的檢測裝置;用來存儲譜線光強的存儲裝置;用來從存儲于所述存儲裝置的數據獲得多種指定的監測元素的譜線光強的分布并根據所述分布確定所述監測元素的譜線光強的有效區的確定裝置;用于只要所述監測元素的譜線光強在有效區內就累加各次激化時的待測元素的譜線光強的累加裝置。
6.如權利要求5所述的光譜分析系統，其特征在于所述確定裝置通過確定所述監測元素的譜線光強的平均值和偏差值來獲得所述多種監測元素的譜線光強的分布。
7.如權利要求5所述的光譜分析系統，其特征在于所述激化裝置包括放電裝置。
8.如權利要求5所述的光譜分析系統，其特征在于所述激化裝置包括激光照射裝置。
全文摘要
樣品中多種元素被指定為監測元素。每次激化樣品時，檢測和存儲監測元素和待測元素的譜線光強。從存儲的數據確定出監測元素各自的譜線光強的分布。根據該分布，確定監測元素各自的譜線光強的優選區。參照存儲的數據，累加每次激化監測元素的譜線光強在優選區內時待測元素的譜線光強。
文檔編號G01N21/67GK1064547SQ9210134
公開日1992年9月16日 申請日期1992年2月28日 優先權日1991年2月28日
發明者福井勛, 深山隆男 申請人:株式會社島津制作所