浅析铸铁成分的光谱仪器测定方法

　　摘要：本文利用光谱仪器对铸铁成分的光学原理进行分析，并且介绍了常用的光谱仪配置与它的适用情况。论述了制定光谱仪标准曲线的方法以及常见问题，指出制定标准曲线是用好光谱仪的关键所在的同时，强调日常标准化工作也尤为重要。

　　关键词：铸铁成分光谱仪器测定方法标准曲线

　　在铸铁生产的时候，我们一般运用直读光谱技术来迅速完成材料中多种成分的测定。日常分析中主要通过以下两个措施来确保测量的质量，即选择适当的标准物质以及严格遵守操作规范。选择标准物质一定要使被测试样中的组分预计值接近所测组分的标准值，而且计算的时候要扣除空白值，测量结果的不精确度应该要包含标准物质中定值组分的不精确度。

　　一、光谱仪原理

　　光谱仪主要是运用高能来激发试样，试样的表面产生熔融挥发状态，进而产生原子气氛，使核外电子从低能级向高能级跃迁，然而高能级电子经常不稳定，迁移到高能级的核外电子在很短的时间里又会从不稳定的高能级回到稳定状态的低能级，在它们的跃迁过程中，多余的能量就会通过光子的形式释放出来[1]。元素的原子不同就会导致核外电子数不相同，电子的分布也会处在不同的能级，所以它从高能级跃迁回低能级稳定状态的时候释放的能量也会不相同。光子波长的函数就是它能量的大小，所以不同的元素原子在激发后发出光的波长也是各不一样的，波长是和元素的种类相对应的。激发后放出的光是拥有一定波长的光，这就证明在激发的物质里存在相对应的因素，因此，我们可以用光的强度来分析某一个元素的多少，进而得出每个不同元素的含量。

　　二、光谱仪器的配置和适用性

　　目前，铸铁业比较常用的是用辉光光谱法测定块状灰铸铁的多个成分，用火花原子发射光谱法来测定白口化铸铁的多个成分，用能量色散X荧光测定球化剂、锰铁、硅铁孕育剂以及蠕化剂等成分。火花原子发射光谱法是一种非常成熟的分析方法，它可以同时定量分析铸铁的成分，测量多元素的含量。然而它却没有国际标准去分析白口铸铁，在实际的应该过程中，也不能评价生产厂商不同品牌同类产品或同一种产品对同一个白口铸铁测量数据的关系。近些年来，这些光谱仪器都增加了镧和铈通道，从而更好的提高铸铁生产的质量，所以大部分企业在购买这种仪器的时候，都会依据自己的需要来制定分析元素的成分范围和数量。尽管火花原子发射光谱仪器已经得到了很广泛的应用，辉光光谱仪器和能力色散X荧光光谱仪的使用也越来越广泛，但是直到现在它们都很少针对又厚又大的球铁件设置钇通道。

　　三、制定标准曲线

　　1.选取标样

　　标准样品是为绘制工作曲线用的，其化学性质和物理性质应与分析样品相近似，应包括分析元素含量范围，并保持适当的间隔，分析元素的含量系用准确可靠的方法定值。目前铸铁的标样主要有国外和国内两个系列。优秀的国外标样浅层和深层的成分变化不是很大，运用优秀的标样来制定曲线，曲线会很平滑和均匀，这就会使成分分析的结果更准确，然而它也有个劣势，那就是标样的价格太贵了。从这个方面来说，国内标样的价格具有一定的优势，但是在成分分布方面却略微有些欠缺。

　　2.准备工作

　　我们要对试样的激发室进行清扫，擦好透镜防护板，重磨电极。在进行制定标准化曲线之前，我们一定要用氩气冲洗标样3到4个小时，而且氩气的纯度一定要大于99.999％。假如氩气不合格，一定要采用氩气净化装备已确保氩气的纯度。

　　3.制定标准曲线

　　我们要确定分析的参数，一般包括曝光时间10秒、预燃时间8秒、冲洗时间2秒、室温22±2.8度等等。在这些参数中，预燃时间是最重要的，预燃时间如果太短，就会导致试样激发不充分，预燃时间如果太长，虽然不会导致激发不良，也可以保障分析的结果，但是却会导致仪器不必要的浪费与损耗。我们通过大量实验最后确定最佳的预燃时间为8秒。激发完成后观察白口试样的平面激发点，熔痕圆点越清晰而且无扩展边就越好，在这种情况下，分析的结果都可以控制在允许的误差范围内。选择完参数后，我们就可以根据光谱仪的操作规范制定曲线。在绘制工作曲线时，通常使用几个分析元素含量不同的标准样品作为一个系列，其组成和冶炼过程最好要和分析样品近似。运行一段时间后，标准曲线会发生漂移，标样的浅层和深层成分也会有些不同，这个时候就要重新定制标准曲线。日常工作量的大小决定标准曲线的绘制的周期。

　　4.日常分析取样

　　因为灰口铸铁里的碳主要以游离的石墨形式存在，如果直接用来进行光谱分析会产生激发不充分，而且存在石墨，不同的激发点成分有很大偏差，因此分析的结果也就很难确定。所以分析前需要要对试样进行白口化，就要把石墨变成Fe3C的组织结构。因为白口化程度有很高的要求，所以我们一般把试样的底面设计成一个圆形的小薄片，把上面设计成一个倒锥形的小把。我们把分析面设在底面，并且把底面进行激冷白口化，这样不但可以确保分析面的充分白口化，而且有利于制备试样。这样的分析表面白口化程度很高，分析数据也有很好的重现性。我们一般把底面的直径设成40mm，厚度设计成4mm，激发面的氧化皮用细砂轮打磨，以保证试样的表面光洁度。

　　四、光谱仪使用时的常见问题

　　1.开机时间对分析结果的影响

　　一般而言，开机时间越短，磷、硫光强值就越低，当开机半个小时的时候，磷、硫光强值尤其是硫的光强值不到一半，伴随着开机时间的增长，磷、硫光强值也随之提高，一半要3个小时及以上才可以达到正常。尽管增加静态氩的流量可以消除这个问题，但是一般情况下，都不要停机，这样才能确保数据的稳定性。

　　2.静态氩对分析结果的影响

　　静态氩的气路一般分成两个部分，一部分经过光学室，一部分经过燃烧室。假如氩气不通过燃烧室，那么不会对分析结果产生本质性的影响，但是假如通过光路室的氩气达不到标准，就会直接影响分析数据，它会使曲线系数、补偿等参数不合规范，光谱仪就不能很好的进行分析工作。所以静态氩的压力一定要符合标准，冲氩时间也要达标。静态冲洗时间对稳定的分析数据来说及其的重要。

　　五、结语

　　光谱仪器在铸铁生产中的作用越来越重要，我们要正确使用好光谱仪器，充分熟悉它的特点以及操作要领。光谱仪使用的关键是绘制工作曲线，同时也不能忽视日常标准化工作。另外，我们还必须保证静态氩压力、氩气纯度、试样表面白口化程度、静态氩冲洗时间以及试样表面光洁度等都符合标准，只有这样，光谱仪器才能充分发挥其在铸铁化学成分分析中的作用。本文来自《光谱仪器与分析》杂志