光电光谱分析技术与应用

光电光谱分析广泛应用于金属和合金的直接测定，是快速分析金属材料化学成分的一类方法。光电直读光谱仪具有测量精度高、操作简便等优点，是金属材料化学成分定量分析的重要仪器之一，在冶金、机械、军工等行业及第三方检测中得到广泛应用。 本书总结了山东机械工业理化检测协会多年的光电光谱分析科研、项目及培训经验。读者可通过阅读本书巩固光电直读光谱仪理论知识，提高实际操作水平，保证光电直读光谱仪的检测效率及分析质量。

光电光谱分析广泛应用于金属和合金的直接测定，是一类快速分析金属材料化学成分的方法。光电直读光谱仪具有分析速度快、测量精度高、操作简便等优点，是金属材料化学成分定量分析的重要仪器之一，在冶金、机械、军工等行业及第三方检测中得到了广泛应用。
作者结合多年来在光电光谱分析领域的科研和教学实践经验以及系统的工程技术研究成果，精心撰写此书，旨在提高光谱分析人员的理论及实际操作水平，保证光电直读光谱仪的检测效率及分析质量，更好地为材料检测人员提供全面的经验借鉴。全书共分为7章，重点阐述了光电光谱的分析原理、光电直读光谱仪的结构、仪器的日常操作及维护保养和分析结果的评价与数据处理等内容，简要介绍了光电直读光谱仪的应用、选型、验收与检定及看谱分析等相关内容，每章后附有思考题，既可作为仪器研发、操作人员的技术参考用书，也可作为光谱分析技术专业培训教材。
本书由山东省机械设计研究院，齐鲁工业大学（山东省科学院）机械与汽车工程学院林江海、张新占、何华及山东东仪光电仪器有限公司赵珍阳、李杨共同撰写，编写工作分工如下：第1章由林江海、何华撰写，第2章由张新占、何华撰写，第3章、第4章由赵珍阳、李杨撰写，第5章由林江海撰写，第6章、第7章由张新占、何华撰写，全书由林江海统稿，何华审稿。
在编写过程中，山东机械工业理化检测协会的李春普、张晓丽等专家给予了专业指导，相关直读光谱仪生产厂商给予了大力支持，在此一并致以衷心感谢。本书得到齐鲁工业大学（山东省科学院）2020年科教产融合试点工程项目“新一代绿色高档数控智能机床关键核心技术研究开发”（项目编号：2020KJCZD05）的支持，特此致谢。
由于编者水平有限，书中难免存在不足与疏漏，敬请业内专家、读者不吝指正。

编者
2021年6月

本书重点阐述了光电光谱分析原理，光电直读光谱仪的基本结构，仪器日常分析操作、维护保养及常见故障排除，分析结果的评价与数据处理等内容，同时简要介绍了光电直读光谱仪的应用、选型、验收与检定及看谱分析等相关内容。全书共分7章，每章后均附思考题，书后附录列举了相关现行标准与常见型号光电直读光谱仪的技术参数及其应用范围。
本书可供企业、科研、质检、商检等部门光谱分析工作者及相关院校化学专业师生参考和使用，也可作为金属材料光谱分析技术专业培训教材用书。

第1章绪论001
1.1分析化学简介002
1.1.1分析化学的任务002
1.1.2分析化学的分类002
1.1.3仪器分析的分类003
1.2原子发射光谱法004
1.2.1基本概念004
1.2.2原子发射光谱法的特点005
1.3光电直读光谱分析技术简介005
1.3.1光电直读光谱技术的发展历程005
1.3.2光电直读光谱分析的特点010
1.3.3光电直读光谱分析在企业中的应用011
思考题011

第2章光电光谱分析原理012
2.1光和光谱013
2.1.1光013
2.1.2光谱014
2.2原子结构和原子光谱017
2.2.1原子结构017
2.2.2原子能级017
2.2.3原子光谱的产生019
2.2.4谱线强度及影响因素021
2.2.5谱线的轮廓023
2.2.6谱线的自吸和自蚀023
2.3光谱定性分析025
2.4光谱半定量分析027
2.5光谱定量分析028
2.5.1光谱定量分析基本关系式028
2.5.2内标法029
2.5.3光谱定量分析方法032
2.5.4谱线干扰及校正037
思考题038

第3章光电直读光谱仪的基本结构039
3.1激发系统041
3.1.1激发系统工作的物理过程042
3.1.2激发系统的设计要求042
3.1.3光源的分类及其特性043
3.1.4光源的选择054
3.1.5发光部件056
3.1.6光源常见故障的处理058
3.2光学系统060
3.2.1罗兰光学系统060
3.2.2平场光学系统064
3.2.3真空控制系统066
3.3测光系统067
3.3.1光电倍增管067
3.3.2半导体光电探测器070
3.3.3数据处理系统076
3.4控制系统076
3.5附属装置077
3.5.1供气装置077
3.5.2取样装置082
3.5.3制样设备082
3.5.4小样品夹具084
思考题084

第4章仪器日常分析操作、维护保养及常见故障排除085
4.1日常分析步骤086
4.1.1开、关机顺序086
4.1.2样品分析087
4.1.3仪器校准091
4.1.4样品的测量102
4.1.5光谱分析涉及的四类样品106
4.2样品的制备106
4.3常见金属材料的光谱分析方法108
4.3.1钢铁材料分析108
4.3.2铜及铜合金材料分析111
4.3.3铝及铝合金材料分析114
4.3.4锌及锌合金材料分析116
4.3.5镁及镁合金材料分析117
4.3.6铅及铅合金材料分析119
4.3.7贵金属材料分析120
4.4仪器的维护保养121
4.4.1对实验室环境的要求121
4.4.2光电直读光谱仪的日常维护122
4.4.3仪器性能的检查124
4.5仪器常见故障的排除126
思考题129

第5章分析结果的评价与数据处理130
5.1数理统计相关知识与概念131
5.1.1测量结果和误差131
5.1.2极差、偏差、标准偏差、相对标准偏差135
5.2分析方法的评价136
5.2.1准确度、正确度、精密度136
5.2.2准确度、正确度和精密度三者之间的关系137
5.2.3检出限、测定限、灵敏度138
5.3光谱分析的数据评价与监控139
5.3.1分析结果的可接受性139
5.3.2重复性限r的获得141
5.3.3分析结果准确度的监控142
5.3.4测量精密度的监控142
5.3.5离群值的检验143
5.4测量不确定度的评定147
5.4.1测量不确定度相关概念148
5.4.2不确定度的评定方法149
5.4.3合成标准不确定度和扩展不确定度的计算151
5.4.4火花放电原子发射光谱法(光电直读光谱分析法)测量不确定度的评定步骤152
5.4.5测量结果及不确定度表达155
5.5有效数字与修约规则155
5.5.1有效数字的概念155
5.5.2有效数字的修约规则157
5.5.3有效数字运算规则158
思考题158

第6章光电直读光谱仪的选购、验收与检定160
6.1仪器的选型161
6.1.1光电直读光谱仪的分类161
6.1.2仪器选型相关知识162
6.1.3仪器的选型166
6.2光电直读光谱仪的安装、调试、验收167
6.2.1光电直读光谱仪的安装条件167
6.2.2光电直读光谱仪的验收169
6.3光电直读光谱仪的检定172
6.3.1直读光谱仪的主要检定项目及性能要求173
6.3.2检定方法173
6.3.3检定周期174
思考题175

第7章看谱分析176
7.1看谱基础知识177
7.1.1标准光谱图177
7.1.2分析线的编组及编号方法178
7.1.3看谱分析标志中常用符号的意义179
7.1.4常见元素的灵敏线179
7.1.5铁的特征谱线及谱图180
7.2看谱分析183
7.2.1分析条件183
7.2.2看谱定性分析183
7.2.3看谱定量分析188
7.3看谱仪的维护及使用注意事项190
思考题191

附录192
附录1光电直读光谱分析技术相关标准、规程193
附录2光电直读光谱仪主要生产厂商及产品(排名不分先后）194

参考文献208