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          光電直讀光譜儀分析的誤差探討

          提供 來源:公眾號      日期:2020年06月29日
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          1、概述


              從上世紀30年代用照相板作檢測 器的火花發射光譜分析技術,到后來采用光電倍增管檢測 器(PMT)、電荷藕合固體檢測 器(CCD)、電荷注人式固體檢測 器 (CID)的直讀光譜儀分析技術。以及近代光電技術和計算機技術的高速發展,大大提高了光譜分析速度,使直讀光譜儀廣泛應用于鋼鐵和有色冶金行業爐前快速分析,也成為分析各種常見固體金屬材料的一種普及的標準分析方法。 


              定量分析的任務是準確測定試樣中組分的含量。因此必 須使分析結果具有一定的準確度,不準確的分析結果可以導致生產上的損失、資源的浪費和錯誤結論。在光譜定量分析中,由于受到人員、環境、儀器性能等方面的影響,使測得結果不可能和真實含量完全一致,并且對同一樣品進行多次測量其結果也不完全一樣。這說明客觀上存在著難以避免的誤差,因此在進行定量測定時不僅要得到被測組分的含量,而且必 須對分析結果進行評價,判斷分析, 結果的準確性(可靠程度),檢查并分析產生誤差的原因,采取減小誤差的有 效措施,從而不斷提高分析結果的準確程度。


          2、誤差的性質及其產生的原因


              應用光電直讀光譜分析方法測定試樣中元素含量時,所得結果與真實含量通常是不一致,總是存在著一定的誤差。這里所講的誤差是指每次測量的數因,誤差可分為:系統誤差、偶然誤差和過失誤差3種。

              (1)系統誤差也叫可測誤差,它是由于分析過程中某些經常發生的比較固定的原因所造成的,它是可以通過測量而確定的誤差。通常系統誤差偏向一方,或偏高,或偏低。例如光譜標樣,經過足夠多次測量,發現分析結果平均值與該標樣證書上的含量值始終有一差距,這就產生一個固定誤差即系統誤差,系統誤差可以看作是 對測定值的校正值,它決定了測定結果的準確度。


              (2)偶然誤差是一種無規律性的誤差,又稱不可測誤差,或隨機誤差,它是由于某些偶然的因素(如測定環境的溫度、濕度、振動、灰塵、油污、噪音、儀器性能等的微小的隨機波動)所引起的,其性質是有時大,有時小,有時正,有時負,難以察覺,難以控制。它決定了測定結果的精 密度。


            (3)過失誤差是指分析人員工作中的操作失誤所得到的結果,沒有一定的規律可循,只能作為過失。不管造成過失誤差的具體原因如何,只要確知存在過失誤差,就將這一組測定值數據以異常值舍棄。


              在光電直讀光譜分析過程中,從開始取樣到最 后出分析數據,是由若干個操作環節組成的,每一環節都產生一定的誤差。當無過失誤差時,光譜分析的總誤差主要是系統誤差和偶然誤差的總和,便決定了光電直讀光譜分析方法的正確度。分析正確度包含二方面內容:正確性和再現性。正確性表示分析結果與真實含量的接近程 度,系統誤差小,正確性高。再現性(精 密度)表示多次分析結果的離散程差和偶然誤差或系統誤差和偶然誤差都很小時,精 密度就等于正確度。

           3、誤差的來源分析


               為了使分析結果更準確,必 須盡量減小誤差。要減小誤差必 須要對光電直讀光譜分析時的系統誤差和偶然誤差的來源進行探討,從而更有針對性的尋找減少誤差的方法,來提高分析結果的準確度。

                3.1系統誤差的來源


            (1)分析試樣和標準樣品的組織狀態不同。在做固體金屬材料分析時,分析試樣和標準樣品的組織狀態不同是經常存在的(如澆鑄狀態的鋼樣與經過退火、淬火、回火、熱軋、鍛壓等狀態的鋼樣金屬組織結構是不相同的);因為組織結構的不同,在光電直讀光譜分析中某些元素測定的結果也不盡相同,從而引人了系統誤差。


            (2)試樣中除基體元素和分析元素以外的其他元素干擾。若標樣和試樣中的第三元素的含量和化學組成不完全相同,亦有可能引起基體線和分析線的強度改變,從而引人系統誤差。

              (3)光譜標樣在化學分析定值時帶來的系統誤差。

              (4)未知元素譜線的重疊干擾。

             (5)氬氣不純。當氬氣中含有氧和水蒸氣時,使激發斑 點變壞;或氮氣管道與電極架有污染物排不出去,或有濁漏時,使分析結果變差,從而引人系統誤差。

             (6)鎢電極的影響。鎢電極的頂 尖應當具有一定角度使光軸不得偏離中 心,放電間隙應當保持不變,否則聚焦在分光儀的譜線強度會改變。如:重復放電以后,鎢 電極會長尖,改變了間隙放電距離;激發產生的金屬蒸氣也會污染透鏡表面,它們都能引人系統誤差。所以必 須每激發一次后就要用刷子清理電極。

             (7)透鏡的影響。透鏡內表面用來保持真空,常常受到來自真空泵油蒸氣的污染,外表面受到分析時產生金屬蒸氣的附著。使透過率明顯的降低,對鎮200nm的碳、硫、磷譜線的透過率顯著降低。工作曲線的斜率降低,所以聚光鏡要進行定期清理。


             (8)電源電壓的影響。電源電壓的變化容易引起激發單元放電電壓的改變,電源電壓波動要求在10以內。

              (9)分析過程中,工作條件等的變化沒有覺察出來,也會產生系統誤差。

                3. 2偶然誤差的來源


             (1)試樣成分不均勻。因為光電光譜分析所消耗的樣品很少,樣品中元素分布的不均勻性、組織結構的不均勻性,導致不同部位的分析結果不同。不均勻性的主要原因是:冶煉過程中帶人夾雜物;在樣品熔煉過程中產生的偏析,造成樣品元素分布不均;試樣加工過程中夾人的砂粒和金屬元素、磨樣紋路出現交叉、試樣磨樣時過熱、試樣磨面放置時間太長和壓上指紋等因素;試樣在取樣冷 卻過程中的缺 陷,如:氣孔、裂紋、砂眼等。


              (2)試樣表面不平整。當試樣放在電極激發臺上時,不能有漏氣現象。如有漏氣,激發光室氣壓不穩定,激發試樣的聲音也不正常,激發斑 點變白,影響分析結果。

             (3)試樣厚度較薄。當試樣厚度較薄,磨樣時容易過燒,且激發試樣時容易激穿;由于太薄,試樣表面也很難平整,也影響薄樣所測結果。


             (4)分析樣品與控制標樣操作不一致。磨樣紋路粗細要一致,不可有交叉紋,磨樣用力不要過大,而且用力要均勻,力求操作一致,用力過大時,試樣磨樣過熱,容易造成試樣表面氧化。


                 (5)試樣不具備一定代表性。如有偏析、裂紋、氣孔等缺 陷

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