Способ фотоэлектрического спектрального анализа металлов и сплавов Советский патент 1992 года по МПК G01N21/67 

Изобретение относится к эмиссионному спектральному анализу с фотоэлектрической регистрацией.

Цель изобретения - устранение влияния изменений температуры окружающей среды на точность анализа сплавов.

Способ фотоэлектрического спектрального анализа заключается в следующем: с помощью линейных формирователей видеосигнала (ЛФВС) производят регистрацию аналитических спектральных линий совместно с участками спектра излучения анализируемого образца, в которых расположены эти аналитические линии. Этим же набором ЛФВС регистрируют участки спектра какого-либо образца, содержащее заранее выбранные линии, обладающие характерными

L

мм.

(D

признаками, позволяющими использовать эти линии в качестве реперных причем для каждой аналитической спектральной линии должна существовать, по меньшей мере, одна реперная линия, находящаяся на расстоянии

jd КД

где д полуширина изображения входной щели в фокальной плоскости спектрального прибора (мкм), т.е. половина ширины его аппаратной функции,

Л Т - используемый температурный диапазон (К),

К - коэффициент, определяющий раздвижку двух линий, расположенных на расстоянии 1 мм, при изменении температуры

V4 О

КЗ

Ю XI

на 1 К(мкм/мм К), от искомой аналитической линии при совмещении анализируемого и реперного спектров. Границы регистрируемых участков спектров установлены такими, чтобы ни аналитические, ни реперные линии не выходили за пределы фоточувствительных частот ЛФВС при изменении температуры окружающей среды внутри рабочего диапазона. Регистрируемые участки спектра запоминают в памяти ЭВМ с привязкой их к номерам элементов ЛФВС и определяют положения искомых аналитических линий следующим образом: сначала находят номер элемента (nxi) 1-го ЛФВС, соответствующий приближенному положению искомой аналитической линии в момент регистрации по формуле:

nxi npj + Дпхрф(2)

где npj - номер элемента j-ro ЛФВС, соответствующий в момент регистрации положению максимума ближайшей реперной линии;

А пхр - разность номеров элементов ЛФВС, соответствующая расстоянию между реперной и аналитической спектральными линиями, измеренная при заранее выбранной температуре внутри рабочего диапазона.

Затем уточняют положения аналитических спектральных линий поиском максимумов этих линий в окрестности найденного по формуле (2) элемента ЛФВС, равной половине ширины аппаратной функции спектрального прибора. В качестве реперных линий используют спектральные линии основы анализируемого сплава, либо линии спектра железа, полученные от соответствующего образца.

При изменении температуры окружающей среды происходит не только смещение аналитической и реперной спектральных линий в фокальной плоскости спектрального прибора как целого, но также еще и изме- нение измеряемого расстояния между этими линиями.

Последнее обусловлено с одной стороны изменением линейной дисперсии, а с другой стороны изменениям расстояний между ЛФВС из-за температурных расширений и сжатий. Для учета смещения аналитической и реперной линий как целого, используется формула (2). При этом из-за изменения расстояния между реперной и аналитической линиями положение аналитической спектральной линии, вычисленное по формуле (2), может отличаться от истинного. Для уточнения этого положения следует дополнительно провести поиск ее максимума в окрестности свободной от других спектральных линий. Как правило, в реальных спектрах, используемых при анализе металлов и сплавов, величина такой окрестности может быть взята равной половине ширины аппаратной функции спектрального прибора.

Изменение расстояния между аналитической и реперной линиями, расположенны- ми в спектре на расстоянии L, при

0 изменении температуры окружающей среды на А Т равно:

,

где К - коэффициент, соответствующий раздвижке линий, расположенных на расстоя5 нии 1 мм, при изменении температуры на 1 К.

Если мы можем проводить дополнительный поиск максимума аналитической спектральной линии только в окрестности

0 половины ширины аппаратной функции от элемента ЛФВС, найденного по формуле (2), то тогда следует:

К L тогда и вытекает формула (1).

5 Если, например, рассмотреть спектральный прибор, изготовленный из алюминиевого сплава и с дифракционной решеткой на стеклянной подложке (К 0,04 мкм/мм К) аппаратной функцией д 100

0 мкм и работающий при колебаниях температуры + 40°С, то предлагаемый способ позволяет уверенно находить аналитические линии при наличии реперных линий в спектре, расположенных с плотностью - одна

5 линия на

.100со

L -Г-Г-;77Г 62 мм,

0,04 40

В качестве реперных линий могут использоваться, например, линии спектра ос0 новы анализируемого сплава.

Если же спектр основы не позволяет выбрать достаточного количества линий, удовлетворяющий формуле (1), то в качестве реперных линий могут быть использованы

5 линии спектра железа, имеющие достаточную плотность по спектру. В последнем случае этот спектр может регистрироваться отдельно от спектра анализируемого образца.

0 Описываемый прибор и способ фотоэлектрического спектрального анализа были применены при анализе алюминиевых сплавов. Возбуждение излучения анализируемых образцов производилось дугой пе5 ременного тока 5А. Излучение разлагалось

в спектр с помощью спектрального прибора

с обратной линейной дисперсией 2 нм/мм и

фокусным расстоянием 300 мм, половина

, ширины аппаратной функции составляла 90

мкм. Излучение в области 385-540 нм регистрировалось с помощью трех ЛФВС, которые вырезали из данной области три участка спектра по 20 нм каждый. Температурный диапазон работы составлял -М5-+40°С.

В качестве ЛФВС использовались линейные фотодиодные приборы с зарядовой связью, размер фоточувствительной части которых составлял 10 мм, а ширина одного элемента 12 мкм. Таким образом, на половине ширины аппаратной функции укладывалось 8 элементов ЛФВС.

В регистрируемые участки спектра попадали следующие спектральные линии, встречающиеся в спектрах алюминиевых сплавов:

Изуказанных линий линия основы спла- ва AI 396,15 нм обладает характерным признаком (максимальная интенсивность на достаточно широком участке спектра любого образца алюминиевого сплава), дающим возможность выбрать ее в качестве репер- ной. Максимальное расстояние между линией основы 396,15 нм и самой отдаленной от нее аналитической линией 521,5 нм составляет 62 мм. В то же время согласно формуле (1), расстояние между реперной и аналитической спектральными линиями не должно превышать:

90

0,04 15

150 мм

10

15

0

5

0 5 0

5

При температуре 40°С найденные по формуле (2) значения номеров элементов, соответствующий приближенному положению аналитических линий, отличались от но- меров, соответствующих истинному положению не более чем на 3-4 элемента, что не превышает размера половины ширины аппаратной функции. Поэтому ЭВМ. отыскивая в пределах половины ширины аппаратной функции спектрального прибора (8 элементов ЛФВС) максимум спектральной линии, дает истинное положение искомой аналитической спектральной линии. По интенсивности этой линии ЭВМ вычисляет концентрацию соответствующего химического элемента.

Формула изобретения Способ фотоэлектрического спектрального анализа металлов и сплавов, заключающийся в возбуждении излучения анализируемого образца, разложении этого излучения в спектр с помощью спектрального прибора, регистрации с помощью линейных формирователей видеосигнала аналитических спектральных линий определяемых химических элементов и вычислении по их относительным интенсив- ностям концентрации входящих в сплав элементов с помощью ЭВМ, отличающий- с я тем, что, с целью устранения влияния изменений температуры окружающей среды на точность анализа сплавов, регистрацию аналитических спектральных линий определяемых химических элементов ведут совместно с участками спектра излучения анализируемого образца, в которых расположены эти аналитические линии, тем же набором линейных формирователей видеосигнала регистрируют участки спектра какого-либо образца, содержащие заранее выбранные линии, пригодные для использования их в качестве реперных и расположенные с плотностью, обеспечивающей присутствие по меньшей мере одной такой линии на расстоянии

Изобретение относится к спектральному анализу. Целью изобретения является устранение влияния изменений температуры окружающей среды на точность сортировки и анализа металлов и сплавов. Для реализации цели в способе фотоэлектрического спектрального анализа с помощью линейных формирователей видеосигнала регистрируют заранее выбранные репер- ные линии и тем же самым набором фотоприемников регистрируют обширные участки спектра изчучения анализируемого образца, содержащие аналитические спектральные линии, которые затем электронным путем выделяются из зарегистрированных V43CTKOB спектра в два этапа, используя ре- перные линии, учитывающие сначала общее смещение реперных и аналитических линий, обусловленное изменениями условия внешней среды, а затем изменение взаимных расстояний между ними, (Л С

Следовательно, упомянутая линия основы вполне может быть использована в качестве реперной.

Сигналы с элементов ЛФВС, соответствующие .регистрируемым участкам спектра,, запоминались в ЭВМ Электроника ДЗ-28 и вся дальнейшая обработка спектров производилась программным путем с помощью ЭВМ.

Для нахождения приближенных положений максимумов аналитических спектральных линий применялась формула (2), где Д пхр было измерено однажды при температуре 25°С.

U

кдт

мм,

где д - полуширина изображения входной щели в фокальной плоскости спектрального прибора, мкм;

AT - используемый температурный диапазон, К;

К - коэффициент, определяющий раздвижку двух линий, расположенных на расстоянии 1 мм, при изменении температуры на 1 К от искомой аналитической линии при совмещении анализируемого и реперного спектров, регистрируемые участки спектра

7 17621978

запоминают в памяти ЭВМ с привязкой ихДпхр- разность номеров элементов лик номерам элементов линейных формирова-нейных формирователей видеосигнала, сотелей видеосигнала, а положения искомыхответствующая расстоянию между

аналитических линий определяют по номе-максимумами реперной и аналитической

РУ пх| элемента 1-го линейного формирова-5 спектральных линий, измеренная при зарателя видеосигнала, соответствующегонее выбранной фиксированной температуприближенному положению максимума ис-ре внутри рабочего диапазона,

комой аналитической линии в момент реги-а затем уточняют положения аналитических

страции по формулеспектральных линий поиском максимумов

Пх1 пр + А пхр,10 этих линий в окрестности найденного номегде ripj - номер элемента j-ro линейного фор-pa элемента линейного формирователя

мирователя видеосигнала, соответствую-видеосигнала, равной полуширине изобращий в момент регистрации положениюжения входной щели в фокальной плоскости

максимума ближайшей реперной линии,прибора.