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閱讀：6發(fā)布時(shí)間：2026-5-30
光學(xué)發(fā)射光譜法（OES）是一種用于檢測(cè)各種金屬元素成分的分析技術(shù)，其應(yīng)用廣泛，備受信賴。
可使用OES技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)的樣品包括金屬熔液、金屬半成品和成品，以及金屬加工業(yè)、管材、螺栓、棒材、線材、板材等等。
OES使用的電磁光譜包括可見光譜以及部分紫外光譜。波長(zhǎng)范圍為130nm到約800nm。
OES能夠分析固體金屬中從鋰到鈾的各種元素，可分析濃度范圍非常廣泛，且具有準(zhǔn)確度和精度高及檢出限低的優(yōu)勢(shì)。
OES可測(cè)定的元素及濃度取決于被測(cè)材料以及使用的儀器類型。
OES的工作原理是什么？
所有發(fā)射光譜儀均由三大部分構(gòu)成，首先是光源，其可激發(fā)金屬樣品中的原子，使其發(fā)射特征光譜，或稱為發(fā)射譜線，其需要將少部分樣品加熱到幾千攝氏度的高溫狀態(tài)。這是由光譜儀中高壓光源通過(guò)電極完成的。樣品和電極之間的電勢(shì)差會(huì)引起放電，這個(gè)放電能夠擊穿樣品，將樣品加熱，使材料表面物質(zhì)蒸發(fā)，激發(fā)材料中的原子使其發(fā)射出元素的特征譜線。
放電有兩種形式，種是電弧放電，為可持續(xù)放電 類似于閃電；第二種是火花放電 這是一串多端放電現(xiàn)象，電極的電壓時(shí)開時(shí)斷。需要根據(jù)具體被測(cè)元素及準(zhǔn)確度度要求的不同來(lái)選用這兩種工作模式。
第二大部分就是光學(xué)系統(tǒng)。樣品蒸發(fā)時(shí)發(fā)射的復(fù)合發(fā)射光譜被稱為等離子體，其會(huì)進(jìn)入光譜儀。光譜儀內(nèi)的衍射光柵會(huì)將進(jìn)入的光譜根據(jù)波長(zhǎng)色散開，然后通過(guò)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器測(cè)量各個(gè)波長(zhǎng)的譜線強(qiáng)度。測(cè)量得出的譜線強(qiáng)度與樣品中的元素濃度成正比。
第三大部分是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)獲得測(cè)得的強(qiáng)度后，會(huì)通過(guò)預(yù)設(shè)的校準(zhǔn)程序?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行處理并得出元素濃度。用戶界面可直接、清晰地顯示處理結(jié)果，僅需操作人員進(jìn)行少量操作，結(jié)果也可打印或保存以便日后使用。
那么，金屬樣品是如何產(chǎn)生特征光譜的呢？
在放電的能量與金屬原子相互作用時(shí)，原子外層的部分電子會(huì)發(fā)生躍遷。外層電子由于離原子核較遠(yuǎn)，吸附力弱，使其躍遷所需的能量也較少。電子躍遷后形成了空穴使原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
為了恢復(fù)穩(wěn)定性，距離原子核較遠(yuǎn)的高軌道電子會(huì)回落空穴。而電子在兩個(gè)能級(jí)之間移動(dòng)時(shí)所釋放的多余能量，就會(huì)以元素特征譜線的形式發(fā)射出去。
根據(jù)電子在不同能級(jí)間躍遷的情況不同，每種元素發(fā)射出一系列特征譜線。每次躍遷都能產(chǎn)生波長(zhǎng)或能量固定的特征光譜。
對(duì)于含鐵、錳、鉻、鎳、釩等元素的典型金屬樣品來(lái)說(shuō)，每種元素都會(huì)發(fā)射出多種波長(zhǎng)，形成譜線豐富的光譜。舉例來(lái)說(shuō)，鐵元素會(huì)發(fā)射出8000多種波長(zhǎng)，因此針對(duì)樣品內(nèi)特定元素選擇發(fā)射譜線十分重要。
樣品內(nèi)原子發(fā)射的特征光譜會(huì)進(jìn)入到光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)，被高科技的光柵色散成不同的特征譜線，光柵刻線可達(dá)3600條/mm。
接下來(lái)，檢測(cè)器會(huì)收集各個(gè)光譜線的峰值信號(hào)，處理后生成光譜，顯示光強(qiáng)以及對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。這也就意味著OES可以進(jìn)行定性分析，但其同時(shí)也是一種定量分析技術(shù)。
峰值波長(zhǎng)能夠用于確定元素類型，而其峰值面積或強(qiáng)度則可以顯示出元素在樣品中的含量。然后，光譜儀就可以使用這一信息，以有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為參照，計(jì)算出樣品的元素構(gòu)成。整個(gè)過(guò)程從按下開始按鈕或扳機(jī)到得出分析結(jié)果，僅需3秒，全面精確的定量分析也僅需不超過(guò)30秒，具體取決于所用光譜儀類型，待測(cè)元素范圍及其濃度。
相比其他分析技術(shù)，OES具有很多優(yōu)勢(shì)：其速度快、操作簡(jiǎn)單、能夠測(cè)量多種元素，測(cè)量范圍廣，其中包括碳、硫、磷、硼、氮等重要元素。在測(cè)量低含量的微量和雜質(zhì)元素方面，其具有的精確度。相比其他技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)的成本也比較低。
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