斯派克直读光谱仪操作手册直读光谱仪操作手册第一章 光电光谱分析的基本原理一、 光谱分析简介1、电磁辐射的基本特征光谱是按照波长（或波数、频率）顺序排列的电磁辐射天空的彩虹、自然界的极光等 均是人们早期观察到的光谱，但它们仅是电磁辐射的很小的一部分可见光谱还有大量的不 能被人们直接看到的和感觉到的光谱，如Y射线、x射线、紫外线、红外线、微波及无线电 波等，这些也都是电磁辐射，它们只是频率或波长不同而已电磁辐射实际是一种以巨大速度通过空间而传播的能量（光量子流），具有波动性和微 粒性就波动性而言，电磁辐射在空间的传播具有波的性质，如同声波、水波的传播一样，可 以用速度、频率、波长和振幅这样一些参数来描述，并且传播时不用任何介质，且易于通过 真空在真空中所有电磁辐射的速度相同，常用光速（C）来表示，c的数值为：2.99792*103 米/秒在一定的介质中，它们之间的关系为S=V/C=1/ 入式中：V——-频率，单位时间内的波数；入 波长，为沿波的传播方向、相邻两个波间相位相同的两点之间的距离；§ 波数，单位长度内波长的个数C是光速就电磁辐射的微粒性来说，每个光量子均有其特征的能量£，它们与波长或频率之间的 关系可以用普朗克（Planck）公式表示：£=hv=h （c/入）波长是相邻间相位相同的两点之间的距离式中：h是普朗克常数，其值为6.626*10-34焦耳/秒2、电磁波谱区域电磁辐射按波长顺序排列称磁波谱。
他们是物质内部运动的一种客观反映，也就是说任 一波长的光量子的能量£与物质的内能变化△E = E2-E1=£=hv=h （c/入）如果已知物质由一种状态，E2过渡到另一种状态E1时，其能量差为△E = E2-E1便可按照公式计算出相应的光量子的波长下表列出了各辐射区域、波长范围及相应的 能及跃迁类型对于成分分析主要应用近紫外及可见光区表一 电磁波谱区域辐射区域波长范围跃迁类型Y射线区5 — 140皮米核能级跃迁X射线区0.01-10.0 纳米内层电子能跃迁远紫外区10—200纳米原子及分子近紫外区200 — 380 纳米外层电子可见区380—780 纳米能级跃迁近红外区0.78—3微米分子振动中红外区3 — 30微米能级跃迁远红外区30 — 300微米分子转动能级跃迁微波区0.3毫米一1米电子自旋和核子旋射频区1 — 1000 米能级跃迁注：1米=103毫米= 106微米= 109纳米= 1012皮米3、光谱分析内容光谱分析是根据物质的特征光谱来研究化学组成、结构和存在状态的一类分析领域可 细分为原子发射光谱分析、原子吸收光谱分析、分子发射光谱分析、分子吸收光谱分析、X 射线荧光光谱分析、红外和拉曼光谱分析等各类分析方法。
原子发射光谱分析是根据试样物质中气态原子（或离子）被激发以后，其外层电子辐射 跃迁所发射的特征辐射能（不同的光谱），来研究物质化学组成的一种方法常称为光谱化 学分析，也简称为光谱分析光电光谱分析方法是用光电转换器件进行测量的发射光谱分析 在光电光谱分析中，计算机的应用已很普遍二、光电光谱分析的基本原理和发展情况1、基本原理测定物质的组成，是人类认识自然，改造自然必要的物质系由分子或原子所组成欲 测定物质的组成，通常用化学分析法，但光谱分析也是广泛采用的方法物质都有其属性，通过属性可以区别不同的物质由于物质的组成不同，在一定条件下 物质能发射其特征的光谱我们就是利用光谱这个属性来测定物质的组成由于光具有波动物质，所以光的一个标志是它的波长不同颜色的光彩表明它们的波长 不同由短波的紫光到长波的红光组成全部可见光按照波长分开而排列的一系列不同波长 的光就组成所谓光谱广义而言，可用于分析工作的光谱的范围可以包括更大电磁波的范围， 大约波长范围由10-10至10厘米但发射光谱分析工作的光谱范围只是紫外光域的一部分， 波长约为1600埃－8500埃（可见光域的波长范围约为4000埃－7000埃）物质能发射光谱，物质对光且有吸收、散射等作用。
这些现象都可以利用来作物质的 测定这里讨论的限于发射光谱分析，或者说的严密一些，应称作发射光谱化学分析但为 简单起见，我们就称之为光谱分析物质发射的光谱有三种，线状光谱、带状光谱及连续光谱线状光谱系由原子或离子被 激发而发射，因此只有当物质在离解成原子或离子时（一般气态或高温下）才发射线状光谱 带状光谱系由分子被激发而发射，而连续光谱系由炙热的固体或液体所发射在通常进行光 谱分析所用的激发光源火焰、电弧或电火花的作用下，分析的物质处在高温的气态下，一般 都离解为原子或离子，因而被激发后发射的是线状光谱所以光谱分析所利用的是线状光谱 中的谱线，并且所得结果只能给出组成元素的种类及含量，而不显示物质的分子结构每一种元素的原子被激发后，可以产生一组其特征的光谱，而特征光谱的出现就能证明 此种元素在辐射源中存在原子或离子被激发而产生十数万条光谱的谱线已经测定它们的 波长由于测定波长能达很高的准确度，光谱中的大部分谱线都可以无误地确定其由哪一种 元素产生所以光源定性分析是很可靠的办法，即灵敏、快速又简单周期表上约七十个元 素，可以用光谱方法，较容易地定性测定一般当试样中某一元素的含量不太高时，该元素发射的光谱谱线强度是和它的含量成 正比。
这个关系成为光谱定量分析的基础，并使光谱定量分析成为非常方便的方法凡是光 谱定性分析能测到的元素，一般都可以做定量分析光谱定量分析，一般比化学快，并且用 较少的试样即可进行物质发射的光谱需用分光仪器进行观测分光仪器需有三个元件：狭缝、能将不同波 长的光按波长分开和排列成序的三棱镜或光栅和能聚焦成像以形成谱线的光学系统（谱线即 为狭缝的像）谱线落在焦面上，可用感光板摄取，或用目镜观测（限于可见光），或用一出口狭缝接 收（使与近旁其它谱线区分）前一种方式即为一摄谱仪，其次一种方式则为看谱镜，而第 三种方式则为单色仪如在许多谱线处装上出口狭缝，并在出口狭缝后面设置光电接收装置， 即成为光电直读光谱议2、电法光谱分析的发展情况在近代科学技术的发展中，光谱分析的应用在成分分析、结构分析及科学研究中均起到 重要的作用其中原子发射光谱这一分析方法不仅对金属、合金、矿物成分的测定，也对生 产过程的控制有着重要的作用，而且已广泛应用于高分子材料、石油化工、农业、医药、环 境科学以及生命科学等领域发射光谱分析根据接收光谱辐射方式的不同而分成三种：看谱法，摄谱法和光电法由 图1 可以看出这三种方法基本原理都相同：都是把激发试样获得的复合光通过入射狭缝射在 分光元件上，被色散成光谱，通过测量谱线强度而求得试样中分析元素的含量。
三种方法的 区别在于看谱法用人眼去接收，射谱法用感光板接收，而光电法则使谱线通过放在光谱焦面 处的出射狭缝，用光电倍增管接收光谱辐射光电法是由看谱法及摄谱法发展而来的，主要用来作定量分析摄谱法的光谱定量分析 本来也是一种快速分析方法，但因为要在暗室中处理感光板，测量谱线黑度，分析速度受到 限制为了进一步加快分析速度，有人设想用光电元件来接收光谱线，将光讯号转变为电讯 号这样做可以不进行暗室处理及黑度测量，使分析速度更加提高光电法的光谱分析随着 光电转换技术的完善终于可以实现最早的光电直读光谱分析用于铝镁工业，后来被广泛用 于钢铁工业及其他工业三、光电光谱分析的特点及应用范围光电光谱分析主要有以下特点：（1）、自动化程度高、选择性好、操作简单、分析速度快、可同时进行多元素定量分析如 在 1-2 分钟之内可同时对钢中 20 多个合金元素进行测定，控制冶炼工艺，加速炼钢过程2）、校准曲线线性范围宽由于光电倍增管对信号的放大能力很强，对于不同强度的谱线 可使用不同的倍率（相差可达一万倍），因此光电光谱法可用同一分析条件对样品中含量相 差悬殊的很多元素从高含量到痕量可同时进行测定3）、精度高采用摄谱法的光谱分析，因感光板及测光方面引入的误差一般在1％以上， 而采用光电法时，测量误差可降至 0.2％以下，因而具有较高的精确度，有利于进行样品中 高含量元素的分析。
4）、检出限低光电光谱分析的灵敏度与光源性质、仪器状态、试样组成及元素性质等均 有关一般对固体的金属、合金或粉末样品采用火花或电弧光源时，检出限可达0.1〜1 Oppm, 对液体样品用ICP光源时检出限可达1纳克一1微克/毫升用真空光电光谱议时对碳、硫、 磷等非金属也有很好的检出限5）、在某些条件下，可测定元素的存在方式，如测定钢铁中的酸溶铝、酸不溶铝等光电光谱分析的不足之处：它仍是一个经验相对的分析方法，试样组成、结构状态、激 发条件等难于完全控制，一般需用一套相应的标准样品进行匹配，使光电光谱分析的应用受 到一点限制，另外光电光谱法也仅适用于金属元素及部分非金属元素的成分分析，对于元素 的价态的测量仍无能为力，有待于与其它分析方法配合使用光电光谱分析在物理学、化学、生物学等基础学科以及冶金、地质、机械、化工、农业、 环保、食品、医药等领域都有其广泛的用途特别是在钢铁及有色金属的冶炼中控制冶炼工 艺具有极其重要的地位，而在地质系统找矿、环保、农业、生物样品中微量元素的检测高纯 金属及高纯试剂中痕量的测定以及状态分析方面，光电光谱法都是相当有效的一种分析手 段，是其他方法无法取代的四、光电光谱定量分析1、光谱强度与试样浓度的关系光谱定量分析，主要是样品光谱中分析元素的谱线强度来确定元素的浓度。
元素的谱线 强度与该元素在试样中浓度的相互关系，可用如下经验公式即赛伯一罗马金公式来表示：I=ACb (1.7.1)式中：I是谱线强度，C是分析元素的浓度，A是与试样的蒸发、激发过程和试样组成的有 关的一个参数，常数b的大小则与谱线的自吸收有关2、内标法和分析线对由于试样的蒸发、激发条件以及试样组成等的任何变化，使参数A发生变化，均会直 接影响谱线强度，这种变化往往很难避免，所以在实际光谱分析时，常选用一条比较谱线， 用分析线与比较线强度比进行光谱定量分析，以抵偿这些难以控制的变化因素A的影响， 所采用的比较线称内标线，提供这种比较线的元素称为内标元素在光谱定量分析中，内标元素的含量不大，它可以是试样中的基本成份，也可以是以一 定的含量加入试样的外加元素这种按分析线强度比进行光谱定量分析的方法称内标法；所 选用的分析线与内标线的组合叫做分析线对如果分别以a、S,表示分析线，则Ia = AaCbaaIa = AaCboa=AO (Ca 是常数)由此分析线对的强度比为R=Ia/I=(Aa/AO) *Cbaa令 K= Aa/Ao,C=Ca, b=ba则 R= KCb在一定浓度范围内，K，b与浓度无关，此式即为内标法定量分析的基本公式。
但是，并不是任何元素都可以做内标，任何一对谱线都可以做分析线对，为了使K值 是个常数，对于内标元素、内标线、和分析线的选择必须具备下列条件：(1) 分析线对应具有相同或相近的激发电位和电离电位，以减少放电温度(激发温度) 的改变对分析线对相对强度因离解度激发效率及电离度的变化所引起的影响；(2) 内标元素与分析元素应具有相接近对熔点、沸点、化学活性及相近的原子量，以减 小电极温度(蒸发温度)的改变对分析线对相对强度因重熔溅射、蒸发、扩散等变化所引起 的影响；(3) 内标元素的含量，不随分析元素的含量变化而改变，在钢铁分析中常采用基体元素 铁作为内标；在制作光谱分析标准样品成体设计时，往往使内标元素含量基体保持一致，以 减少基体效应的影响；(4) 分析线及内标线自吸收要小，一般内标线常选用共振线，其自吸收系数b=l,对分 析线的选择在低含量时可选用共振线外，在高含量时，可选用自吸收系数b接近1的非共振 线；(5) 分析线和内标线附近背景应尽量小，且无干扰元素存在，以提高信噪比实际上，上述条件很难同时满足，例如在钢铁及纯物质中少量成份测定时，由于比较容 易达到稳定的激发条件，因而在分析线对中，即使二者的激发电位和电离电位相差较大，仍 能得到满意的效果。
3、光电光谱定量关系式光电光谱分析中，试样经光源激发后所辐射的光，经入射狭缝到色散系统光栅，经过分 光以后各单色光被聚焦在焦面上形成光谱，在焦面上放置若干个出射狭缝，将分析元素的特 定波长引出，分别投射到光电倍增管等接收器上，将光能转变成电信号，由积分电容储存， 当曝光终止时，由测量系统逐个测量积分电容器上的电压，根据所测电压值的大小来确定元 素的含量试样在激发过程中，其光谱线的强度是不稳定的，因此从接受器输出的光电流的瞬时强 度也会有波动，因此常把输出的光电流向积分电容器充电的方法来测量谱线的平均强度若积分电容为C,光电流为I,V是经过积分时间T后在积分电容上所达到的电压，则 V=Q/C=l/Cj0tidt—(iT) /C 式中：i为平均光电流，可以看出积分电容器上的电压V正 比于平均光电流i和曝光时间T,反比于积分电容器的电容量在实际工作中，C和T均为 常数，其中平均光电流i正比于谱线强度，为此测量了积分电容器的电压，就可对应地求出 试样中元素的含量在光电光谱分析时，目前多采用自动曝光方法，它是当内标线的强度达到一个预先指定 的数值时，使自动曝光自动终止设内标线的谱线的强度Is,分析线的谱线强度Ia,与此相对应的光电流分别为is、ia， 积分电容器的电容量分别为Cs、Ca，电容器上的电压读数分别为Vs、Va，曝光时间为T， 则：Va= (1/Ca) J0tiadt=(iaT/Ca) Vs= (1/Ca) J0tiadt=(iaT/Ca)两式相除 Va/ Vs = (Caia) / (Caia) = (CsIa) / (Cals)因为Vs、Cs、Ca均为常数，所以上式可写为：Va=Vs (Csia) / (Cais)=K* (Ia/Is)=k'Cb从公式可见，由于Va为常数，为自动曝光终止时的电压值，这样分析线的积分电容器上的 电压读数值可代表分享线对的相对强度。
1、分析方法( 1) 校准曲线法(三标准试样法)在光电光谱定量分析时，由于分析条件的影响，公式中的K值和b值只适用于同类型 的样品，不同类型的样品，其K和b值会发生变化，因此也必须建立在试验基础上，通过 制作校准曲线来确定样品中元素的含量Co这个过程由计算机自动完成，并由打印机给出元 素的含量校准曲线的制作可以有多种方式，一般多采用二次或三次方程式来近似表示，也 有用折线法1) 用Va—C或Va/(Vs—C)制作校准曲线可适用于低浓度范围的元素，对较高浓度范围 的元素，可用双对数 IgVa－IgC 或 Ig(Va/Va)－IgC 法制作校准曲线，可获得较好的分析 准确度和精密度；在一般场合，标准样品不少于三个，因而又常称三标准试样法2) 二次方程式(三次方程式) 在光电直读光谱分析运用计算机运算时，谱线强度与分析物浓度的关系，可直接根据实验曲线进行拟合，并按冥函数展开，或用多项式来表示，即n— 1C=》amIm=ao+a]I+a2+l2+ +&口1口m-0在含量较低时，可用二次方程式表示：C=a+BV+YV2工作曲线式中用积分电容器之电压读数值V来代替谱线强度，C为元素的浓度，a、卩、y为待定 的常数，可通过实验，用三个标样来确定。
实验时，用标样先制作校准曲线，从曲线上选取 三点坐标(C「V])、(c2、v2)、(C3、V3)此三点是接近分析样品中的含量范围，按此三 点坐标，可得三元一次联立方程：q=a V12+gV1+Y C2=a V22 +gV2+Y C3=a V32+gV3+Y解方程式：a=( C3—C2)/ (V3—V2)— (C2—C1)/ (V2—V1)*1/ (V3—V1)B =(C2—C])/ (V2—V1)—a V2—a V1如果校准曲线是直线，则：a=0 0=（C2—CJ/（V2—VJ可以用计算机专用子程序，脱机求出a、卩、y （也可以用最小二乘法，选取适当比例因子， 由计算机自动求出），然后输入到计算机中按公式计算含量当曲线为非平滑曲线时，其精 度稍差，用三次或四次方程式可更好些3） 折线法用折线方法来近似给出一条平滑的曲线，显然，折线越多，越能与实际曲线接近一般选择5〜10段就可满足折线法又分等折点和非等折点系统两种；等折点系统就是相邻两个折点 间的光强差为一定值，而非等折点系统就是相邻两个折点间的光强差不是一定值因不同的曲 线而异等折点系统的校准曲线如图1.7.1 所示ROC1 C2 C3 C4 C其定量关系为：Cx = Cn-l+（Rx —Ro—（Cn-i*Di））/D1*（Cn-Cn-1）式中：C为样品含量；C ,为VX所在区间已知含量的下限；C为V所在区间已知含x n-1 n x量的上限；V0为背景光强；R］、R2……Rn分别为折点1、2、••…-n的光强值；C］、C2、……Cn分别为折点1.2. n的含量，为未知试样光强；D］为相邻折点的光强差。
2、 控制试样法在实际工作中，由于分析试样和标样的冶炼过程和某些物理状态的差异，常使校准曲线发生变化，通常标样多为锻造和轧制状态，而分析样品多为浇铸状态，为避免试样冶金状态给分析带来的影响，常用一个与分析试样的冶金状态和物理状态相一致的控制试样，用于控制分析试样的结果首先利用标样（最好采用平时积累的二级标样，因为它与分析试样有相同的冶炼历程和 晶体结构）制作一条持久的校准曲线，在日常分析时，用与分析试样一样的工作条件，将控 制试样与分析试样一起分析，设控制试样的读数为R控，其对应的含量为C控，则可通过 坐标为（R控、C控）的点做一条平行于原持久校准曲线的直线，这条直线就是控制试样法的 控控校准曲线，如图1.7.2 所示图1.7.2 控制试样法校准曲线（1） 、控制试样实际上是一个标准样品，应满足：控制试样元素含量应位于校准曲线含量范 围之内，并且尽可能与分析样品的含量接近2） 、控制试样应与分析样品有相同的冶炼过程和物理状态 3）、控制试样含量应准确可靠、成份分布均匀、外观无气孔、沙眼、裂纹、无物理缺陷 在实际应用中、可根据待测元素的强度在控制曲线上求出实际含量，也可在原持久曲线上找 出待测元素含量，再将此含量加上一个控制的增量△C（AC=C控C 持）,换算出待测元素的 控持准确含量。
3、 持久曲线法使用三标准试样的校准曲线法，虽然能保持分析跳进的完全一致，分析结果准确可靠，但每 次分析都需要激发一系列标准样品，重新绘制校准曲线，不仅费时费力，样品损耗也大，为 此，在光电光谱分析时常采用持久曲线法持久曲线法是预先用三标准试样法制作持久校准曲线，每次分析时仅激发分析试样，从持久 曲线法上求含量在光电光谱仪中，由于温度、湿度、氩气压力、振动等变化，会使谱线产生位移、透镜污染、 电极沾污、电源波等也均会使校准曲线发生平移或转动为此在实际分析过程中，每天(每 班)必需用标准样品对校准曲线的漂移进行修正，即所谓校准曲线标准化标准化有两点标准化和单点标准化两种：两点标准化是选取两个含量分别在校准曲线上限和 下限附近的标准样品，分别激发出其光强(毫伏)Ru、比，则有Ru= a °u+ B R1= a °1+ B两式相减 a + (Ru-Ri)/ (Rou-Rol) B=Ru- a R0u=R1- a Rol式中Roi Ro,分别为原持久曲线上限和下限附近含量所对应的光强值(毫伏)，a、B为曲 u、 1线的漂移系数，a表示曲线率的五、光电光谱分析的误差1、 光电光谱定量分析要求有足够的灵敏度和准确度，灵敏度问题和定性分析关系比较密切，一般带有火花性质的 光源光电光谱分析，不做定性分析，在此不做详细讨论。
在本节只讨论为什么定量分析有个 准确度的问题？这时候因为定量分析是一种测量，而任何一种测量都一定带有误差，应在光 电光谱分析方法测量样品中元素含量时，所得结果与真实含量通常是不一致的，它们总是存 在着一定的误差和偏差这里所说的误差是指每次测量的数值与真值之差，而偏差是指每次 待测的数据与多次测量平均值之差，往往人们把误差与偏差混用而不加区别，这说明实际上 误差和准确度是对同一问题的两种说法；误差小，即准确度高；误差大即准确度低对每个 分析任务来讲，都有一个准确度的要求例如：钢铁厂对炉前分析的准确度要求和国家标准 规定的产品要求就不相同因此，分析方法的准确度一定要符合分析任务所要求的准确度 这就意味着对一位分析者来讲，不仅仅要通过一系列操作步骤，快速地获得欲测样品的成份 含量的数据，而且要善于判断结果的正确性及其可信赖的程度，是否能满足生产上的要求； 并能检查出产生误差的原因，以及进一步消除误差的方法在测量时，我们知道即使是同一样品，同一台仪器，同一个人在条件完全相同的进行多次分 析，也难以使每次测量数据完全相同这就是说，分析过程产生误差是难免的但是，误差 的出现也有自己的规律性数据统计是研究这方面规律的专门学科。
在这一章中将介绍一些 应用方面的数学知识说明分析误差中所包含的内容因为在分析工作中，分析次数是有限的 数理统计就是应用概率论为基础方法，对这些少量观测值，看作是从某一假设的无限集合中 随机抽得的子样根据小子样，甚至在某些情况下，根据两个观测数据，就可估计出总体的 参数，以确定这参数的置信界限使所得数据的可靠性得以评价，这种材料的分析，才能认 为是完善的否则对所得数据的正确性心中无数，那么，分析就无法进行分析结果的误差来源很多，就光电光谱定量分析来讲：1) 除了标准样品和分析样品的成份不均匀，组织状态不一致以外2) 主要的来源是光源的性能不稳定和样品表面处理不当，以及氩气纯度不够根据误差的性质及其产生的原因，误差可分为两类这两类误差就是系统误差和偶然误差 系统误差是指由于按一定规律起作用的一种原因或几种原因所引起的误差，它是可以通过测 量而能够确定的误差，通常系统偏差偏向一方，或偏高，或偏低例如有一个标样，经过足 够多次测量，发现分析结果平均值(离散中心)与该标样证书上的含量值始终有一差距，这 就产生一个固定误差……系统误差系统误差可以看做是对测定值的校正值偶然误差是一 种无规律性的误差，又称随机误差，但正、负误差有同样的机会。
操作失误所得到的结果， 只能作为过失，不能用来计算误差系统误差和偶然误差之间的区别是相对的，可以相互转 化因为各种物质的成分分析是复杂的测试过程，因此对待两者的区别，应当特别慎重在分析实际工作中，系统误差小，说明正确性高，偶然误差小，重复性好重复性又称为精 密度它表示重复多次分析结果的离散程度正确性表示分析结果与真实含量(或可靠分析 结果)符合的程度；对光电光谱分析而言，就是与湿法化学分析结果符合程度在日常分析 中，经常谈到测试方法的精密度精密度是通过实验室和实验室间试验测试方法的重复性和 再现性而确定的根据1990 年美国试验与材料协会公布原子光谱分析的标准术语规定：重 复性(Reproducibility )是表示在不同实验室间进行分析测试方法的精确度，但有室内和室 外之分2、 误差的产生及其原因对于光电光谱仪来说，误差的产生主要来自以下五个方面因素的变化：1) 人：操作员的质量意识，技术水平，熟练程度及身体素质2) 设备：分光计的精度，光源的性能及其再现性，氩气系统的稳定程度(包括净 化能量、压力、流量等)，试样加工设备及电源稳压系统的精度和所有这些设备的维护保养 状况3) 试样：欲测试样成份的均匀性，重复性，热处理状态及组织结构状态。
标准试 样及控制试样成份的均匀性，成份含量标准的可靠性以及其组织结构与欲测试样的组织结构 的同一性4) 分析方案：标准曲线的制作及其拟合程度，操作规程(包括仪器参数的选择， 干扰元素的修正方式等)，以及试样的加工工艺5) 环境：分析室的温度、湿度、照明、噪声和清洁条件等以上这五个方面的因素通常称五大因素系统误差和偶然误差的大小，都能说明分析结果数据的正确程度并对其可靠性进行评价，也 就是说，分析结果的可靠程度的大小应取决于系统误差和偶然误差的总和所以，为了解决 这个问题就必须从光电光谱仪分析的角度进行研究1) 系统误差系统误差在数次分析中常按一定的规律变化和带有一定方向性重复出现即一次分析中出现 的系统误差的大小和正负，与另一次或几次同样的分析所出现的系统误差的大小和正负是相 同的，在光电光谱分析中，我们可以根据系统误差这种有规律的特点来探讨以下这种误差产 生的原因A、 组织结构：金属合金分析时标样（包括控样）与分析样品的热处理过程和组织结构的不 同，矿石分析时，人工合成标样与天然矿石样品组织结构不同B、 第三因素干扰：可能有欲测因素干扰谱线重叠现象，也可能由于第三元素存在引起蒸发， 激发方面的影响导致谱线强度的改变。
也有可能由于所采用的干扰修正系数不当造成修正过 量或不足而影响测定结果C、 标样或控样的标准值出现偏差D、 仪器标准化处理不当（除日常进行标准化外，更换透镜，对电极和氩气时，对分析仪器 一定要进行标准化）或校准曲线拟合不当或曲线斜率发生变动E、 氩气纯度，压力，流量以及分析室的室温超出规定范围，或狭缝位置偏移仪器规定值F、 光源发生器工作条件产生未能观察的变化根据以上这些产生系统误差的原因，我们不难看出，完全可以通过一种校正的方法及制订出 标准的操作规程和完善仪器的日常维护，检查和交班制度来加以解决，从而是系统误差控制 在最低限度之内2）偶然误差（随机误差）偶然误差的特点与系统误差刚好相反，它产生的原因是不定的，可变的这种误差反映在数 次的分析中，其误差值的大小和正负是不定的这种误差产生的原因可能是：欲测试样成份 不均匀，控制试样成份不均匀，光源工作不稳定如发生器运转功能的波动，电源电压的波 动，分析间隙（即极距）及电极形状在逐次分析过程中不大一样等等，以及室温的波动、氩 气压力、流量的波动、湿度过大引起积分电容漏电及其电子线路的波动等等此外，仪器测 光误差过大或发生一些一时还难以估计的原因。
在实际分析工作中，有时还会发生一些由于分析工作者的疏忽或由于工作环境的照明、噪音、 及清洁状况影响分析工作者的精力、观察、思考和情绪，导致人为的差错，造成较大的分析 误差这种误差不能算偶然误差，也不能将这个分析结果放在一起求算术平均值如果这种 过失在操作时被发觉而出现很大的分析结果时，应分析原因，并放弃这次结果，再重新分析 一次偶然误差，初看起来这种大小不定，忽正忽负的现象似乎无一定的规律性，但当测量次数很 多时，还可以发现有如下的规律：A、 在一定的分析次数中，正误差和负误差相等，即绝对值相等而符号相反的误差是以同样 大的机会发生的B、 小误差出现的次数占绝大多数C、 大误差出现的次数较小第二章 光谱仪的日常操作SPECTRO光谱仪的分析软件结构主要由三部分组成Analysis 分析模式Method 分析方法Config 系统文件在这一章中，我们首先向大家介绍 Analysis 分析模式，日常工作中，我们大部分的 工作都是在 Analysis 分析模式下来完成一、 光谱操作的准备工作光谱仪的分析软件采用的是标准的WINDOS操作环境，所以要求操作员有一定的计算 机知识，如果您在操作光谱仪前对微软公司的 WINDOS 不熟悉的话，请先熟悉 WINDOS 操作的基本知识。
二、 键盘与鼠标的使用众所周知 WINDOS 操作系统的最大优点就是操作灵活，可同时打开多个窗口为了方 便于鼠标与键盘的同时操作，我们分析软件中的只要功能也设计成既可以使用键盘，也可以 使用鼠标来进行操作，在下面的章节中，我们会详细的介绍给用户三、 键盘上功能键的介绍四、 Analysis View模式下菜单的介绍…………………………………………………………建立新的程序Open 打开已储存的分析数据库Save 储存数据Save As 另存为Print 打印分析数据Exit 退出分析程序AnalysisLoad Method 调分析程序Single Measurement 开始测量Sample Ident 标题头内容Globle standardization 通用标准化Standardization Standardization results Apply Type standardization… Type standardization Sample Calibration Sample Delete single Delete Results Delete All Show/Hide Sample Info …标准化标准化结果应用类型标准化类性标准化样品做工作曲线样品 …删除单次测量结果删除分析结果删除所有分析结果未开发窗口ViewNaviogate 窗口转换Analysis 分析窗口Method 方法窗口Config 参数窗口Docking Views 工具栏选择Navioate bar 在屏幕左侧显示 Analysis, Method, Config 三个窗口Display Bar 显示平均结果及他们的标准偏差和相对标准偏差Smaple ID 显示样品编号Toolbar 显示工具吧Status Bar 状态吧Initialize 仪器初始化Repro 扫描Perform Constant Light Test* 恒光测试Switch Analytical Flow On/Off冲洗氩气控制开关Start Cleaning Flush清洁时执行氩气冲洗Reset SPARK激发次数回零Setup Devices设备的建立Global Database通用数据库Content帮助内容Help Index软件说明Spectro Homepage斯派克网页About Spark Analyzer分析软件的版本五、 如何完成标准化(Standardization)无论是何种类型的光谱分析仪，日常的标准化工作都是非常重要的的操作环节，因为标准化的正确与否是直接影响分析结果精确的关键，也是我们在日常分析中要经常执行的功能之当分析数据的结果与国家标准或行业标准产生误差时，就需要完成标准化来进行偏差的校 正。
选择测量窗口下的“ Standardization ”功能来执行标准化工作一般来说，标准化工作 需要每个班(8 小时)做一次 但是有时可以根据仪器环境的变化幅度来决定当仪器外 部的一些条件例如温度、电源、氩气等变化不大的情况下，分析标样的结果偏差又能满足分 析要求的需要标准化的周期可以适当的放长，例如2 天、 3 天做一次标准化，当然如果第 三天后，分析结果的偏差还能够满足分析的误差要求，还可以继续延长做标准化的周期标 准化的周期完全取决于分析偏差的要求5.1 步骤：调分析程序( Load Method)在Analysis View窗口下，选择“Analysis”中“Load Method”菜单或直接按"F10"将本仪器 中的所有分析程序调出使用键盘的“f” “( ”键或者用鼠标直接选择适合你要分析试样的程序，选中后双击或按 回车键一般常见的分析程序如下：Fe — OO 表示铁基的通用标准化程序Fe — 01 表示铁基的通用分析程序Fe — 10 表示中、低合金钢和碳素钢分析程序Fe — 11 表示中、低合金钢分析程序，此程序专门测量酸溶铝和酸不溶铝Fe — 20 表示铸铁程序Fe — 30 表示不锈钢程序Al — OO 表示铝基的通用标准化程序Al — 01 表示铝基的通用分析程序Al —10 表示测量纯铝分析程序由于光谱分析存在着谱线，化学结构的干扰，不同合金的分析程序，有着不同的，元素之间 的干扰，所以根据分析要求选择好正确的分析程序尤为重要。
上面只是介绍了几种常见的分 析程序，由于每个用户之间的分析要求不一样，分析程序固然不同在现场安装时，工程师 会一一向你讲明选择合适的分析程序后，直接点击“Analysis”中的“Standardization”或者按键盘上“F7” 功能键，便可以进行标准化了，随后当前分析程序下标准化所需要的再校准样品清单也会呈 现在屏幕上，按照屏幕提示的样品名称和号码依次选择，按回车或者点击“Select”按照屏幕上体现的样品编号依次激发完所有的标准化样品，每一块样品最少需要激发2〜3 次，取2次相近的结果平均（按F9），平均后光标自动移到清单中的下一个样品号码上在直读光谱分析中，我们提到的标准化通常是指高、低标校正的两点标准化因为当工作曲 线制作完成后，无论它的性质是一次曲线还是二次、三次曲线，我们都可以用斜率和位移差 这两个因素来反映它变化的状况所以在标准化中，我们就要高、低标样品为了区别高低点校正样品，我们使用不同的颜色来区分，元素的颜色为蓝色、表明校正的是 低点，元素的颜色为黄色，表示校正的就是高点无论在标准化中使用多少块再校正样品 每一个元素只能出现二次当所有的再校正样品测量完成后，标准化的系数表，就会显示出来。
按“CLOSE”将表格里 系数存储我们做标准化的目地就是通过测量再校正样品来找出每一元素变化的状况，这个 标准化的系数就代表了变化这个表中各项代表的意思，我们会在方法模式中列出六、 有关标准化的问题6.1 如何确定标准化的好与坏众所周知标准化的成功与否直接影响结果的精密度，所以做好标准化是首要的任务要求在测量每一块再校准样品时，至少激发2〜3点以上，对比2点之间的偏差，一般来讲 两点的测量值不超过 15％即可当所有的样品测量完毕后，标准化的系数表显示出所有相 关信息如果某元素的偏差较大，超出要求的范围，此元素就会引上红色的标记这种情况 下就需要重新制样，重做标准化6.2 为什么标准化目录下显示的是元素通道名称，而不是测量时的元素名称在标准化期间，屏幕上显示的是通道的名称而平常分析样品显示的是元素名称因为同一元素存在多条不同波长的谱线，每一特定波长的谱线只能适应某一特定的含量范围，为满足所有分析的要求同一元素我们选择了不同谱线来适应各个含量段的分析，也就是说在进行标 准化我们要把所有谱线都要校正当然在实际分析结果中，每一个元素只能有一个含量，因 为仪器已经自动地进行了判断6.3 为什么标准化模式下显示的元素单位是强度比在标准化期间，我们要将每块的测量平均值与期望值进行比较。
这样一来较直观，所以在标 准化模式下显示的是强度比6.4 显示窗口并没有显示所有的元素标准化期间，屏幕只显示被当前样品校正的元素，其它未被校正的元素不显示出来6.5 可否不按照屏幕上提示的样品编号进行测量可以不按照屏幕上提示的样品编号顺序逐个测量，用键盘上的“f”“（ ”键可以直接选择 激发的样品编号6.6 如果做标准化时拿错了样品怎么办？如果做标准化时拿错了样品，也要将当前样品测量结束（F9）,待选择下一个样品编号的对 话框后，用“f” “（ ”键再选择此样品进行测量即可如果拿错的是最后一块样品，那们 也要将标准化的系数表保存接下来再进行一次标准化，选择错误的那块样品进行测量，最 后将更正后的标准化系数值保存即可6.7 可否只标准化一块样品（高点或低点）对于标准化参数中已设置好的高、低两点校正的元素来说，进行标准化时必须两点都要测量 因为测量值与期望值比较后的系数直接影响着分析结果的准确性和稳定性6.8 完成放标准化后，可否察看标准化的系数表测量窗口下，点“Analysis”中的“Standardization results”可以随时查看标准化结果，但 是最后一次完成的结果6.9 标准化的结果可以自动打印如果在“Output”功能下，设置自动打印，那么在标准化期间每一块标准化样品的测量结果 就会自动打印出来。
七、 如何完成类型标准化为了提高生产试样的准确性，我们对生产试样的测量结果进行类型标准化类型标准化对于不了解光谱仪和熟悉光谱仪操作的人来讲，一下子完全理解类型标准化的意 义比较困难根据经验来讲，类型标准化对于小范围内更精确的校正分析结果的准确性具有 很大意义7.1 类型标准样品应用类型标准化的前提是要有合适的标准样品，标准样品是由专业的标准生产厂家生产的带 有含量证书的样品无论是用国外的还是国内的，要求标样的均匀性好，无气孔、无沙眼， 表示的含量有较高的代表性类型标准化的结果与标样的质量有着直接的关系也就是说生 产试样的准确性取决与标样的质量7.2 步骤如何输入类型标准化样品首先进入到正确的分析程序（FelO）,点击“Config”随后再点击“Global standards”在上面的画面中选择 New随后在上述的选项中依次输入Mame 类型样品的名称（如：45#）Base Element 基体名称（选中：Fe）Type S Standardization Standard- 此样品的作用是用来执行类型标准化的注意：一定要在此选项前做上标记，否则在测量模式下找不到这个样品的名称Element 元素符号，必须按照标准符号书写Conc 标样的含量Unit 含量单位，一般选择％百分含量Description （ For Correcting Product sample）Author Li ShiminProducer Spectro以上填入的几项必须填写正确，否则在执行类型标准化功能时，类型标准化样品就不能被调 用。
待所有元素及含量输入完成后，按OK,将信息保存下来OK之后，输入的类型标准化样品就被永久的存在样品库里，如上图中的样品'45#”，除非 要删除它，随后按close关掉“Config view”窗口接下来，还要进入“ Method View”进入“Method View”模式后，在顶端的窗口上选择“Type Standard”，类型标准化的样 品就从 Globle Library 样品库里调了出来，选中这个样品编号，点 add 把此样品选到左框 “Method”里，此时类型标准化样品的输入工作才算完成如果元素或含量输入的有错误，或者想删除此编号的类型样品，还需按原路回到Config” 中，进行编辑（edit）或删除（delete），这里一定要注意不要误把原配的标样删除八、 如何执行类型标准在“Analysis View”模式下，选择需要应用的分析程序（F10）点 Analysis Type standardization Samples 或者直接按快捷键 “Shift F8 ”用“ f” “（ ”键选 中要做类型校准的样品名称，将类型校准样品制备好后，放在火花台上开始测量与做标准 化步骤一样，类型样品也要至少激发3次以上，最终取2〜3次相近的数值平均。
待平均后，类型校正的系数象标准化一样,就会显示出来如果类型校正成功，选择“Accepp t” 这样类型标准化的数据就保存下来此时，便可以开始生产试样的分析，测量的结果是经过类型校正后的结果九、 有关类型标准化的问题9.1如何判断类型标准化是否成功在类型标准化结束后，类型标准化的数据框就会显示出来，如果某元素的被印上红色的标记说明此元素的校正未达到要求，需要重新制备样品，重新做类型标准化，再者类型标准化的 样品选择不当9.2测量的结果是否可在类型校正和不用类型校正间转换任何一个测量结果都可以转换成经过类型控制和不经过类型控制实现上述功能点Analysis菜单下的Apply Type standardization或者直接按键盘上的快捷键“F8”方法窗口十、 如何查找已存储的分析数据 在这个屏幕下，可以查找任何时刻所存储的分析数据点 “File”中的 “Open”在两个“Analysis”框中输入一个要查询的时间段，点击“Search”所有分析结果的样品名、时间、日期、操作员等信息就会呈现出来，无论你想查看哪一天的 结果，直接点击它的样号或日期即可第三章 光谱仪方法菜单MethodMethod View 是我们分析软件的第二个主要窗口，在这个窗口中，我们可以看到软件内部 一些参数的设置，这里需要提示的是这些根据分析要求设置的参数不能随意改动，因为这些 参数都是直接影响着分析程序的运行及分析结果的准确性，稳定性，为了避免误操作而修改 了仪器内部的参数，我们把方法中的主要内容向大家介绍一下。
Met hod Infos 方法信息当选择了 “Me thod ”后，我们就进入了当前这个画面在“Method Infos”窗口的左侧，你就可以了解到所有安装这台分析仪内所有分析程序窗 口的右侧显示了当前分析程序的一些基本信息，象程序的基体、样品号等如果你想在此基础上复制一个与之相同的分析程序，点屏幕左上角的“file”选定“save as”， 输入新起的程序名称，按“OK”即可、Met hod Infos中具体内容Method NameAuthor当前分析程序名称系统使用者Creation Date 建立日期Comment 合金种类（可以根据自己的分析要求做修改）Base Element 基体元素符号Globle standardization 使用通用标准化Apply Alloy Grade Check 使用牌号鉴定功能Load Method 调其他分析程序New Method 建立新的分析程序Sample ID DefinitionName 分析试样号码或名称Edit 打钩表示可以编辑Field Type 可以填入样品的编号Oring 手动输入三、Measure Condition 测量条件无论是在分析再校准试样还是生产试样，每一个样品的测量都要经过一个完整的时序，这个 时候由不同的光源条件来组成Source/Stand ParameterCondition Name 光源条件名称Curve Para 曲线参数Frequency （Hz） 电频率Measure Time（S） 测量时间Gas Flow 氩气冲洗Shutter Open ，快门 打开Mask Disabled 使用压舌板来控制火焰的位置Spark Control ParameterSEREPS 自调整预激发技术，用于判断激发状态的正常与否SATEUS/SETEME “安全检测”用于积分阶段判断样品的好坏Standardization Smaple 再校正样品Condition No Flush 光源条件1是冲洗Condition No Prespark1 光源条件 2 是预燃Condition No Prespark2 光源条件 3 是预燃Condition No Spark2 光源条件4是曝光Condition No Spark2 光源条件5是曝光Condition No Spark10 光源条件6是曝光Condition No Spark No7 光源条件7是曝光上述所有涉及到的光源参数，在制作程序时，都是根据分析的需要设置的，不能修改。
在画面的左侧，可以看到所有分析元素的在分析时所应用到的光源参数，不同的元素设置不同的参数，已确保满足分析精度、准确性的要求四、Line Selection 谱线的选择从画面左侧的元素周期表中，我们可以看到带蓝色标志的元素是我们仪器所分析的元素蓝色背景黄色元素符号表示分析元素，蓝色背景红色符号表示基体元素由于在光谱分析中，同一元素有着不同的波长，每一特定波长的元素只能适应一定的分析范围，为了满足一种元素较大分析范围的要求，同一元素我们有时要选用2〜3不同的波长例如：CR元素，我们选用了CR 266.7nmCR 298.9nm为了将他们区别开来，我们用Cr1或者Cr2、Cr3来表示他们Element 元素符号Display Name 显示符号Type 元素类型（用作分析谱线还是参比线）Wavelength 元素谱线波长Optic 标示第几光室Reference 参比线Pseudo Elements有时根据分析统计的要求输入一个计算公式，具体操作步骤如下：点“ Edit Pseudo”在“ Pseudo Elements” 一栏输入你要建立的公式名称或代号在“Used Formula” 一栏中输入公式的具体内容，例如：C含量与S含量之和被3除。
元素 的符号从左侧的栏目里直接选，随后点“Close”保存在画面的右侧就记录了你编辑好的公式，同时在分析模式下，直接显示公式的名称或编号五、Line Parameter 谱线参数为了满足分析范围的要求，上面我们已经提到对于一个元素可能需要2〜3根谱线，在这个 画面中，你可以看到我们已经使用的所有分析元素及符号、波长等Measure Condition 测量条件 spark2Concentration RangeLow Limit 最低分析下限High Limit最高分析上限Display Unit 显示含量单位 ％Calculation ParaMatrix Correction 基体校正Element 元素符号Display Name 屏幕上显示的名诚Type 谱线类型（分析谱线 参比谱线）Wavelength 谱线波长Reference 相应的参比线Condition 光源条件Cone Range 分析范围Stdz Low Sample 低点标准化样品名称Stdz High Sample 高点标准化样品名称六、Standardization 标准化为了获得准确的、精确的稳定的分析结果，我们就应该保证仪器处于同一状态下工作。
由于元素的工作曲线已在厂家调试完成，我们只需要使用规定的样品进行校正即可画面中 看到的就是标准化的一些信息标准化样品名称或编号上一次标准化的时间最小测量次数Standardization Standards of Baseelement：FeName Mea。