关于ARL3460光谱分析仪数据偏移的影响因素

张乐 洪林林 马波

摘要：在光譜定量分析中，由于受到诸多因素的影响，包括人员、环境、仪器性能等方面，使光谱分析仪发生数据偏移测。从客观上来讲，光谱分析仪数据偏移难以避免的误差，因此在进行定量测定时不仅要得到被测组分的含量，而且必须对分析结果进行评价，判断分析结果的准确性（可靠程度），检查并分析产生误差的原因，采取减小误差的有效措施，从而不断提高分析结果的准确程度。本文结合具体试验，以ARL3460光谱分析仪为例，就不确定度来源分析展开分析，然后针对于ARL3460光谱分析仪测定碳素钢中C、Si、Mn、P、S元素含量的不确定度评定，重点分析了分析计算各相对标准不确定度。

关键词：ARL3460光谱分析；不确定度；来源分析；实验分析

1、ARL3460光谱分析仪

ARL3460金属分析仪是目前世界上最优秀的直读光谱仪最适用于日常生产控制，质量管理和特殊分析研究。该型号仪器遍及世界各地，广泛用于各种技术材料的分析，特别是在钢铁工业的炉前和实验室快速分析和低C、N、O、低As、Bi、Sb、Sn、钢的分析；有色金属、贵金属分析；航空工业特种金属材料等的分析。工业产发展的不断需要，ARL直读光谱仪不仅在分析钢中氮，铜中氧和有色金属中痕量元素方面具有新的突破，耐久可靠的结构设计和制造工艺，确保仪器在炉前和实验室环境下都具有卓越的分析性能。在连续分析情况下可以较长时间不做仪器标准化

2、不确定度来源分析

从整个操作过程分析，影响ARL3460光谱分析仪光谱分析元素不确定度的因素有以下几个方面：

（1）人员。包括测试人员的质量意识、技术水平、熟练程度及身体素质。测试人员对试样的激发操作点不同引起测试结果偏差。

（2）仪器。光谱仪的稳定性；光源的性能及其再现性；氩气系统的稳定程度（包括净化程度、压力、流量等）；试样加工设备及电源稳压系统的精密度和所有这些设备的维护保养状态；引起光谱仪的工作曲线的不确定度；标准试样的不确定度，导致分析曲线的不确定度。

（3）试样。包括试样成分的均匀性，重复性，热处理状态及组织结构状态。标准试样及控制试样成分的均匀性，成分含量标准的可靠性、其组织结构与被测试样的组织结构的同一性以及制样表面的光洁度。

（4）分析方法。分析方法本身的不确定度。校准曲线的制作及其拟合程度，操作规程（包括仪器参数的选择，干扰元素的修正方式等）。

（5）环境。实验室的温度、湿度、噪声和清洁条件等。

3、建立数学模型

建立与被测量有影响的量的函数关系：

y=x+b

式中：y—修正值

x—测量值

b—校正值

4、分析计算各相对标准不确定度

4.1 由测试人员引起的不确定度

ARL3460光谱分析试验由同一测试人员进行试验，不存在技术水平、操作熟练程度方面的偏差，因此由人员引起的不确定度可以忽略。

4.2 直读光谱仪的相对标准不确定度

根据ARL3460光谱分析的计量校准证书，可以得出当K=2时的各元素的扩展不确定度，见表1：

分别计算可以得到相对标准不确定度：

4.3 光谱仪工作曲线的相对标准不确定度

从光谱仪的工作原理可知，分析曲线的不确定度与测试结果的范围关系较大，用国家级标准样品GSB 03—2021—2006的一套标样，获得7个点的坐标，制作各元素的分析曲线。计算机以最小二乘法拟合出各元素的分析曲线。本文以实验的残差值的百分比进行曲线的不确定度评定。

C元素的分析曲线为：

统计数据见表2所示。

Si元素的分析曲线为：

；

统计数据见表3所示。

4.4 标准样品的相对标准不确定度

用来制作工作曲线的国家级标准样品GSB 03—2021—2006，引入的不确定度主要来源两个方面：一是由标准物质的不均匀性引起的不确定度；二是由标准物质定值引起的不确定度。在此，可以认为标准物质是均匀的、稳定的，由此引入的不确定度就可以忽略。由标样定值引起的不确定度可以通过标准样品证书中列出的标准偏差进行计算。

标准样品的相对标准不确定度取各元素中相对相对标准不确定度的最大值，由上表可得出：

4.5 校准样品的相对标准不确定度

用YSBS16203—2006耐候钢光谱标准物质作为校准样品，计算其相对标准不确定度，结果见表7，标准不确定度。

5 结论

用光电直读光谱仪测定碳素钢中的5种基本元素，它们的质量分数最终结果

分别为：

（0.0861±0.0066）%；k=2；

（0.3166±0.019）%；k=2；

（0.4603±0.032）%；k=2；

（0.0814±0.018）%；k=2；

（0.0074±0.0016）%；k=2。

通过评定可以看出，这些测量结果不确定度由多个分量组成，这些分量基本上考虑了测量过程中系统效应和随机效应所导致的测量结果不确定度，结果比较准确可信。

6 结束语

综合以上分析发现，应用光电直读光谱分析时，其误差的产生是时时刻刻都存在，很难避免的。只要大家有质量意识，有责任心，认真维护和保养仪器设备，按照仪器设备操作规程进行操作，就能够有效的将系统误差和偶然误差控制在最低限度之内。

参考文献：

[1]陈海滨.荧光相关光谱分析仪的硬件系统设计[D]. 上海交通大学 2013

[2]李德生. 研制光谱分析仪探讨[J]. 计量与测试技术. 2006（04）