日立光學發(fā)射光譜（OES）技術講解

光學發(fā)射光譜法（OES）是一種用于檢測各種金屬元素成分的分析技術，其應用廣泛，備受信賴。

可使用OES技術進行檢測的樣品包括金屬熔液、金屬半成品和成品，以及金屬加工業(yè)、管材、螺栓、棒材、線材、板材等等。

OES使用的電磁光譜包括可見光譜以及部分紫外光譜。波長范圍為130nm到約800nm。

OES能夠分析固體金屬中從鋰到鈾的各種元素，可分析濃度范圍非常廣泛，且具有準確度和精度高及檢出限低的優(yōu)勢。

OES可測定的元素及濃度取決于被測材料以及使用的儀器類型。

OES的工作原理是什么？

所有發(fā)射光譜儀均由三大部分構成，首先是光源，其可激發(fā)金屬樣品中的原子，使其發(fā)射特征光譜，或稱為發(fā)射譜線，其需要將少部分樣品加熱到幾千攝氏度的高溫狀態(tài)。這是由光譜儀中高壓光源通過電極完成的。樣品和電極之間的電勢差會引起放電，這個放電能夠擊穿樣品，將樣品加熱，使材料表面物質(zhì)蒸發(fā)，激發(fā)材料中的原子使其發(fā)射出元素的特征譜線。

放電有兩種形式，**種是電弧放電，為可持續(xù)放電   類似于閃電；第二種是火花放電   這是一串多端放電現(xiàn)象，電極的電壓時開時斷。需要根據(jù)具體被測元素及準確度度要求的不同來選用這兩種工作模式。

第二大部分就是光學系統(tǒng)。樣品蒸發(fā)時發(fā)射的復合發(fā)射光譜被稱為等離子體，其會進入光譜儀。光譜儀內(nèi)的衍射光柵會將進入的光譜根據(jù)波長色散開，然后通過對應的檢測器測量各個波長的譜線強度。測量得出的譜線強度與樣品中的元素濃度成正比。

第三大部分是計算機系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)獲得測得的強度后，會通過預設的校準程序?qū)?shù)據(jù)進行處理并得出元素濃度。用戶界面可直接、清晰地顯示處理結(jié)果，僅需操作人員進行少量操作，結(jié)果也可打印或保存以便日后使用。

那么，金屬樣品是如何產(chǎn)生特征光譜的呢？

在放電的能量與金屬原子相互作用時，原子外層的部分電子會發(fā)生躍遷。外層電子由于離原子核較遠，吸附力弱，使其躍遷所需的能量也較少。電子躍遷后形成了空穴使原子處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

為了恢復穩(wěn)定性，距離原子核較遠的高軌道電子會回落填補空穴。而電子在兩個能級之間移動時所釋放的多余能量，就會以元素特征譜線的形式發(fā)射出去。

根據(jù)電子在不同能級間躍遷的情況不同，每種元素發(fā)射出一系列特征譜線。每次躍遷都能產(chǎn)生波長或能量固定的特征光譜。

對于含鐵、錳、鉻、鎳、釩等元素的典型金屬樣品來說，每種元素都會發(fā)射出多種波長，形成譜線豐富的光譜。舉例來說，鐵元素會發(fā)射出8000多種波長，因此針對樣品內(nèi)特定元素選擇**的發(fā)射譜線十分重要。

樣品內(nèi)原子發(fā)射的特征光譜會進入到光學系統(tǒng)內(nèi)，被高科技的光柵色散成不同的特征譜線，光柵刻線可達3600條/mm。

接下來，檢測器會收集各個光譜線的峰值信號，處理后生成光譜，顯示光強以及對應的波長。這也就意味著OES可以進行定性分析，但其同時也是一種定量分析技術。

峰值波長能夠用于確定元素類型，而其峰值面積或強度則可以顯示出元素在樣品中的含量。然后，光譜儀就可以使用這一信息，以有證標準物質(zhì)作為參照，計算出樣品的元素構成。整個過程從按下開始按鈕或扳機到得出分析結(jié)果，最快僅需3秒，****的定量分析也僅需不超過30秒，具體取決于所用光譜儀類型，待測元素范圍及其濃度。

相比其他分析技術，OES具有很多優(yōu)勢：其速度快、操作簡單、能夠測量多種元素，測量范圍廣，其中包括碳、硫、磷、硼、氮等重要元素。在測量低含量的微量和雜質(zhì)元素方面，其具有極高的**度。相比其他技術，此項技術的成本也比較低。

OES是金屬痕量分析的**，其目前也是**可用于實驗室外現(xiàn)場分析碳及氮元素的方法。