光電光譜分析技術與應用

第1章緒論001
1.1分析化學簡介002
1.1.1分析化學的任務002
1.1.2分析化學的分類002
1.1.3儀器分析的分類003
1.2原子發射光譜法004
1.2.1基本概念004
1.2.2原子發射光譜法的特點005
1.3光電直讀光譜分析技術簡介005
1.3.1光電直讀光譜技術的發展歷程005
1.3.2光電直讀光譜分析的特點010
1.3.3光電直讀光譜分析在企業中的應用011
思考題011

第2章光電光譜分析原理012
2.1光和光譜013
2.1.1光013
2.1.2光譜014
2.2原子結構和原子光譜017
2.2.1原子結構017
2.2.2原子能級017
2.2.3原子光譜的產生019
2.2.4譜線強度及影響因素021
2.2.5譜線的輪廓023
2.2.6譜線的自吸和自蝕023
2.3光譜定性分析025
2.4光譜半定量分析027
2.5光譜定量分析028
2.5.1光譜定量分析基本關係式028
2.5.2內標法029
2.5.3光譜定量分析方法032
2.5.4譜線干擾及校正037
思考題038

第3章光電直讀光譜儀的基本結構039
3.1激發系統041
3.1.1激發系統工作的物理過程042
3.1.2激發系統的設計要求042
3.1.3光源的分類及其特性043
3.1.4光源的選擇054
3.1.5發光部件056
3.1.6光源常見故障的處理058
3.2光學系統060
3.2.1羅蘭光學系統060
3.2.2平場光學系統064
3.2.3真空控制系統066
3.3測光系統067
3.3.1光電倍增管067
3.3.2半導體光電探測器070
3.3.3資料處理系統076
3.4控制系統076
3.5附屬裝置077
3.5.1供氣裝置077
3.5.2取樣裝置082
3.5.3制樣設備082
3.5.4小樣品夾具084
思考題084

第4章儀器日常分析操作、維護保養及常見故障排除085
4.1日常分析步驟086
4.1.1開、關機順序086
4.1.2樣品分析087
4.1.3儀器校準091
4.1.4樣品的測量102
4.1.5光譜分析涉及的四類樣品106
4.2樣品的製備106
4.3常見金屬材料的光譜分析方法108
4.3.1鋼鐵材料分析108
4.3.2銅及銅合金材料分析111
4.3.3鋁及鋁合金材料分析114
4.3.4鋅及鋅合金材料分析116
4.3.5鎂及鎂合金材料分析117
4.3.6鉛及鉛合金材料分析119
4.3.7貴金屬材料分析120
4.4儀器的維護保養121
4.4.1對實驗室環境的要求121
4.4.2光電直讀光譜儀的日常維護122
4.4.3儀器性能的檢查124
4.5儀器常見故障的排除126
思考題129

第5章分析結果的評價與資料處理130
5.1數理統計相關知識與概念131
5.1.1測量結果和誤差131
5.1.2極差、偏差、標準差、相對標準差135
5.2分析方法的評價136
5.2.1準確度、正確度、精密度136
5.2.2準確度、正確度和精密度三者之間的關係137
5.2.3檢出限、測定限、靈敏度138
5.3光譜分析的資料評價與監控139
5.3.1分析結果的可接受性139
5.3.2重複性限r的獲得141
5.3.3分析結果準確度的監控142
5.3.4測量精密度的監控142
5.3.5離群值的檢驗143
5.4測量不確定度的評定147
5.4.1測量不確定度相關概念148
5.4.2不確定度的評定方法149
5.4.3合成標準不確定度和擴展不確定度的計算151
5.4.4火花放電原子發射光譜法(光電直讀光譜分析法)測量不確定度的評定步驟152
5.4.5測量結果及不確定度表達155
5.5有效數字與修約規則155
5.5.1有效數字的概念155
5.5.2有效數字的修約規則157
5.5.3有效數字運算規則158
思考題158

第6章光電直讀光譜儀的選購、驗收與檢定160
6.1儀器的選型161
6.1.1光電直讀光譜儀的分類161
6.1.2儀器選型相關知識162
6.1.3儀器的選型166
6.2光電直讀光譜儀的安裝、調試、驗收167
6.2.1光電直讀光譜儀的安裝條件167
6.2.2光電直讀光譜儀的驗收169
6.3光電直讀光譜儀的檢定172
6.3.1直讀光譜儀的主要檢定專案及性能要求173
6.3.2檢定方法173
6.3.3檢定週期174
思考題175

第7章看譜分析176
7.1看譜基礎知識177
7.1.1標準光譜圖177
7.1.2分析線的編組及編號方法178
7.1.3看譜分析標誌中常用符號的意義179
7.1.4常見元素的靈敏線179
7.1.5鐵的特徵譜線及譜圖180
7.2看譜分析183
7.2.1分析條件183
7.2.2看譜定性分析183
7.2.3看譜定量分析188
7.3看譜儀的維護及使用注意事項190
思考題191

附錄192
附錄1光電直讀光譜分析技術相關標準、規程193
附錄2光電直讀光譜儀主要生產廠商及產品(排名不分先後）194
參考文獻208

光電光譜分析廣泛應用於金屬和合金的直接測定，是一類快速分析金屬材料化學成分的方法。光電直讀光譜儀具有分析速度快、測量精度高、操作簡便等優點，是金屬材料化學成分定量分析的重要儀器之一，在冶金、機械、軍工等行業及協力廠商檢測中得到了廣泛應用。

作者結合多年來在光電光譜分析領域的科研和教學實踐經驗以及系統的工程技術研究成果，精心撰寫此書，旨在提高光譜分析人員的理論及實際操作水準，保證光電直讀光譜儀的檢測效率及分析品質，更好地為材料檢測人員提供全面的經驗借鑒。全書共分為7章，重點闡述了光電光譜的分析原理、光電直讀光譜儀的結構、儀器的日常操作及維護保養和分析結果的評價與資料處理等內容，簡要介紹了光電直讀光譜儀的應用、選型、驗收與檢定及看譜分析等相關內容，每章後附有思考題，既可作為儀器研發、操作人員的技術參考用書，也可作為光譜分析技術專業培訓教材。

本書由山東省機械設計研究院，齊魯工業大學（山東省科學院）機械與汽車工程學院林江海、張新占、何華及山東東儀光電儀器有限公司趙珍陽、李楊共同撰寫，編寫工作分工如下：第1章由林江海、何華撰寫，第2章由張新占、何華撰寫，第3章、第4章由趙珍陽、李楊撰寫，第5章由林江海撰寫，第6章、第7章由張新占、何華撰寫，全書由林江海統稿，何華審稿。

在編寫過程中，山東機械工業理化檢測協會的李春普、張曉麗等專家給予了專業指導，相關直讀光譜儀生產廠商給予了大力支持，在此一併致以衷心感謝。本書得到齊魯工業大學（山東省科學院）2020年科教產融合試點工程項目“新一代綠色高檔數控智慧機床關鍵核心技術研究開發”（專案編號：2020KJCZD05）的支持，特此致謝。

由於編者水準有限，書中難免存在不足與疏漏，敬請業內專家、讀者不吝指正。

編者
2021年6月