金属材料元素分析仪器的技术原理

金属材料元素分析仪器的技术原理

南京麒麟科学仪器集团有限公司生产的金属材料元素分析仪器技术原理：金属材料中的碳、硫、硅、锰、磷、镍、铬、铜等元素对其性能和品质有着重要影响，智能高速的科学仪器可以更好的满足冶金、机械、化工等行业在炉前、成品、来料化验等方面对材料多元素分析。

本项目是光电比色仪的升级换代产品。比色分析仪器的检测原理是含有不同元素成分的溶液，其化合物为不同颜色，对不同波长的光，具有选择性吸收谱图。因此，当一个固定波长的光通过含有某种元素的溶液（有色溶液）时，会产生光吸收，此吸收规律可由朗伯-比尔定律得出：

单色光经过有色溶液时，透过溶液的光强度不仅与溶液的浓度和厚度有关，而且还与溶液本身对光的吸收性能有关：

A = KCL

其中 A 为消光值，是透射光强 I 和发射光强 I0 的比值的对数（反射光强度忽略不计）即 A= lg(I0/I)；

K 为某元素溶液的消光（吸收）系数，一种元素溶液对于一定波长（单色光）的入射光的 K 值具有一定数值。若溶液的浓度以 mol/l 表示，溶液厚度以 cm 表示，则此时的 K 值称为摩尔消光系数；

C 为溶液的浓度，与元素在溶液中的含量相关；

L 为光程，即溶液的厚度，在本产品中与比色皿相关。

比色分析仪器的比色分析法就是根据朗伯-比尔定律来进行的。

若先配制一已知浓度的标准溶液，并用同样方法处理标准溶液与被测溶液，使其成色后在同样的实验条件下用比色分析仪器分别测定它们的吸光度，则在标准溶液中As=KsCsLs，在待测溶液中Ax=KxCxLx，如测定时选用相同厚度的比色皿使L相等，并使用同一波长的单色光和相同的环境温度，则k也相等，即有
　　 As/Ax=Cs/Cx 或 Cx=(Ax/As)Cs
只要能测出吸光度值就能测出被测溶液的浓度，这就是比色分析仪器检测的基本原理。

由于不同元素及不同的检测分析方法，需要不同的特定波长（如氧化亚锡还原硫氰酸盐光度法测定钢中钼需用520nm;草酸硫酸亚铁硅钼蓝光度法测定钢中低硅需用700nm），而传统元素分析仪的光源波长均为固定预设不可调，无法适应冶金、铸造、机械、化工等各行业采用新材料检测多种元素的需要。本项目国内开创采用采用波长可调光学系统，实现测量波长连续可调及分析元件采用弯道式比色杯等**技术，以及回归曲线计算采用多字节浮点对数运算，参数调整和跟踪采用电子自动调整设计，可以实现光源波长的连续可调，而且波长精度明显提高（由过去的20nm以上提高到现在的2nm以下），从而满足了各行业用户检测不同材料的多种元素含量的需要。

南京麒麟科学仪器集团有限公司技术部编制

2010年9月21日