Способ фотоэлектрического спектрального анализа металлов и сплавов
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 реперные 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 реперные линии, учитывающие сначала общее смещение реперных и аналитических линий , обусловленное изменениями условия внешней среды, а затем изменение взаимных расстояний между ними, (Л С
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4103947/25 (22) 15,08.86 (46) 15.09.92. Бюл. N. 34 (71) Институт спектроскопии АН СССР (72) А.M.Ëèâøèö, Ю.А,Левыкин и А.В,Пелезнев (56) Патент Англии М 1537933, кл. G 01 N 21/22, 1977.
Терек Т. и др, Эмиссионный спектральный анализ.- M. Мир, 1982 г., часть 2, стр.
24-30.
Edward G. Godding, Gary HorIick, Specroscopy Letters. 1974, ч. 7, N. 1, р. 33-41. (54) СПОСОБ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВОВ (57) Изобретение относится к спектральному анализу. Целью изобретения является
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
„„ 43,„, 17б2197 А1 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 реперные линии и тем же самым набором фотоприемников регистрируют обширные участки спектра из учения анализируемого образца, содержащие аналитические спектральные линии, которые затем электронным путем выделяются из зарегистрированных участков спектра в два этапа. используя реперные линии, учитывающие сначала общее смещение реперных и аналитических линий, обусловленное изменениями условия внешней среды, а затем изменение взаимных расстояний между ними, признаками, позволяющими использовать эти линии в качестве реперных,причем для О» каждой аналитической спектральной линии 3 должна существовать, по меньшей мере, од- а на реперная линия, находящаяся на рассто- »О янии
1 д
КЬТ (1) где д - оояуширинв ивоорвхгения входноо И » щели в фокальной плоскости спектрального прибора (мкм), т.е. половина ширины его аппаратной функции, ЛТ вЂ” исполь уемый температурный диапазон (К), К вЂ” коэффициент, определяющий раэдвижку двух линий, расположенных на расстоянии 1 мм, при изменении температуры
1762197
55 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 темперагуры окружающей среды внутри рабочего диапазона, Регистрируемые участки спектра запоминают в памяти 3ВМ с привязкой их к номерам элементов ЛФВС и определяют положения искомых аналитических линий следующим образом: сначала находят номер элемента (пх ) 1-го Л ФВС, соответствующий приближенному положению искомой аналитической линии в момент регистрации по формуле;
>xi = пр) + Л пхр (2) где npJ — номер элемента J-го ЛФВС, соответствующий в момент регистрации положению максимума ближайшей реперной линии;
Л 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 KBK целого, но также еще и изменение 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 дру5
40 гих 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, расположенными в спектре на расстоянии L, при изменении температуры окружающей среды на Л Т равно:
Л =К1ЛТ где K — коэффициент, соответствующий раздвижке линий, расположенных на расстоянии 1 мм, при изменении температуры на
1 К.
Если мы можем проводить дополнительный поиск максимума аналитической спектральной линии только в окрестности половины ширины аппаратной функции от элемента ЛФВС, найденного по формуле (2). то тогда следует:
К L ЛТ<д тогда и вытекает формула (1).
Есл и, н а и ример, рассмотреть сп ектральный прибор, изготовленный из алюминиевого сплава и с дифракционной решеткой на стеклянной подложке (К = 0,04 мкмlмм К) аппаратной функцией д 100 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 линия на
0,04 40
В качестве реперных линий могут использоваться, например, линии спектра основы анализируемого сплава.
Если же спектр основы не позволяет выбрать достаточного количества линий, удовлетворяющий формуле (1), то в качестве реперных линий могут быть использованы линии спектра железа, имеющие достаточную плотность по спектру. В последнем случае этот спектр может регистрироваться отдельно от спектра анализируемого образца.
Описываемый прибор и способ фотоэлектрического спектрального анализа были применены при анализе алюминиевых сплавов. Возбуждение излучения анализируемых образцов производилось дугой переменного тока 5А. Излучение разлагалось в спектр с помощью спектрального прибора с обратной линейкой дисперсией 2 нм/мм и фокусным расстоянием = 300 мм, половина ширины аппаратной функции составляла 90
1762197 химический элемент нм
390,55
394,4
396,15
403,08
468,0
518,3
521,5
Sl
Al
Al
Мп
ZA
Mg
Си
0,04 15 = 150 мм д
КЛТ ™
55 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
+15 — +400С, 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 поло. вине ширины аппаратной функции укладывалось 8 элементов ЛФВС.
В регистрируемые участки спектра попадали следующие спектральные линии, встречающиеся в спектрах алюминиевых сплавов:
Из указанных линий линия основы сплава Al 396,15 нм обладает характерным признаком (максимальная интенсивность на достаточно широком участке спектра любого образца алюминиевого сплава), дающим возможность выбрать ее в качестве реперной, Максимальное расстояние между линией основы 396,15 нм и самой отдаленной от нее анали1ической линией 521,5 нм составляет 62 мм. В то же время согласно формуле (1), расстояние между реперной и аналитической спектральными линиями не должно превышать:
Следовательно, упомянутая линия основы вполне может быть использована в качестве реперной .
Сигналы с элементов ЛФ ВС, 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 Л пхр было измерено однажды при температуре 25 С.
При температуре 40 С найденные по формуле (2) значения номеров элементов, соответствующий приближенному положению аналитических линий, отличались от номеров, 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 интенсивностям концентрации входящих в сплав элементов с помощью ЭБМ, о т л и ч а ю щ и йс 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 использо- . вания их в качестве реперных и расположенные с плотностью. обеспечивающей присутствие по меньшей мере одной такой линии на расстоян и где д - полуширина изображения входной щели в фокальной плоскости спектрального прибора, мкм;
ЛТ вЂ” используемый температурный диапазон, К;
К вЂ” 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
1762197
Составитель Б. Широков
Техред М.Моргентал Корректор Н. Тупица еда ктор
Заказ 3255 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 запоминают в памяти ЭВМ с привязкой их к номерам элементов линейных формирователей видеосигнала, а положения искомых аналитических линий определяют по номеру пх! элемента I-ro линейного формировэ- 5 теля видеосигнала, соответствующего приближенному положению максимума искомой аналитической линии в момент регистрации по формуле
Axi пр! + Л пхр, 10 гДе np1 — номеР элЕмента J-ro линейного фоРмирователя видеосигнала, соответствующий в момент регистрации положению максимума ближайшей реперной линии, Л nxp — разность номеров элементов линейных формирователей видеосигнала, соответствующая расстоянию между максимумами реперной и аналитической спектральных линий, измеренная при заранее выбранной фиксированной температуре внутри рабочего диапазона, а затем уточняют положения аналитических спектральных линий поиском максимумов этих линий в окрестности нэйденного номера пц элемента линейного формирователя видеосигнала, равной полуширине изображения входной щели в фокальной плоскости прибора.
