分析固体样品的方法技术

一种分析固体样品的方法包括下面步骤：把惰性载气引入该池中；激光光束照射惰性载气中固体样品表面的初旧处理步，该激光光束脉冲半宽度为０．００１μｓｅｃ或更宽，脉冲能量密度为０．００１ＧＭ／ｃｍ↑［２］或更高，频率为１００Ｈｚ或更高；在惰性载气中产生细粒，条件是产生细粒的速率Ｖ（μｇ／ｓｅｃ）和选择比Ｓ满足下面方程，选择比是细粒内目的分析元素浓度与固体样品内目的分析元素浓度的比率： Ｓ≤０．２５ｌｏｇＶ＋１．５， Ｓ≥－０．２ｌｏｇＶ＋０．６， ０．１≤Ｖ≤１００ 把产生的细粒引入检测器。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及快速分析由金属材料或陶瓷材料或类化物制成的固体样品的方法及通过激光蒸发达到产生超细粒子最佳条件来提高分析准确度的技术。随着保持和改进质量的趋势，涉及金属和陶瓷的基础材料工业强烈要求发展以高准确度快速进行的材料分析方法。为迎合这种需求，我们研究了通过激光蒸发的分析方法。依靠激光蒸发的分析方法起始于常规分析技术如原子吸收分析和等离子体放射分析，它们通过把溶液引入激发火焰测定溶液中元素的吸收光谱和发射光谱，并把应用扩展到固体样本。因此，通过省去液化样本步骤快速分析目标固体样品。为此目的提出的方法是其中固体样品被蒸发产生超细粒子的一种方法，随后超细粒子被用载气引入上述分析装置中以便通过直接激光它们分析固态元素。分析装置包括供气部分，产生细粒部分，和与数据处理部分和其它辅助部分相联的元素检测部分。固体样品被封在产生细粒的箱内，其中在惰性气流中固体样品被激光射线辐射。一部分固体样品变成细粒。脉冲态同时集中在样品表面的激光射线易于辐射固体样品且在短时间内能荷大量高密度能量。通过利用能量，辐射固体样品表面的激光射线消失，放出或蒸发一部分样品以产生极细粒子样品。即使从固态样品，产生的极细粒子也可均匀地分布在空气中，此均匀性与溶液中溶解元素的均匀性极相关。然而，与溶液样品中的相比，细粒的运行均一性还未给出足够的分析准确度。低准确度的一个原因是难于产生大量细粒。对于这个问题，产生细粒的条件包括激光形式、激光射线的聚焦及激光振动频率已被研究。例如，于1985年4月14—17日在Detroit，Michigan召开的第六届关于钢铁工业测量与控制仪器的方法技术会议上D.A.Cremer的文章“Rapid Analysis of Using Laser—basedTechniques”报导说被高振动频率辐射的铜标本每单位时间产生更多量的细粒。而且该文章描述到该标本放在转动阶段上用以在激光射线辐射开始后随时转移来响应产生细粒量的减少。另一个例子，日本未审查专利公开号3—118440公开了一种分析装置，它用XY阶段控制样本在其上以便在激光射线辐射过程中保证样本的运动。然而，上述文章和装置没有足够考虑细粒样品的典型特征，且没给出分析原固体样本中分离元素和微量元素的足够准确度。本专利技术为解决这个问题而产生，因而本专利技术的目的是产生足量的细粒和通过获得细粒样品的典型特征来增进分析准确度。为了达到此目的，本专利技术提供了，它包括下面步骤把固体样品放在池中；把惰性载气引入该池中，该载气含杂质碳1ppm或更少；激光光束照射惰性载气中固体样品表面的初级处理步，该激光光束脉冲半宽度为0.001μsec或更宽，脉冲能量密度为0.001GM/cm2或更高，频率为100Hz或更高；在惰性载气中产生细粒，条件是产生细粒的速率V(μg/sec)和选择比S满足下面公式，选择比是细粒内目的分析元素浓度与固体样品内目的分析元素浓度的比率；S≤0.25log V＋1.5，(1)S≥-0.2log V＋0.6，(2)0.1≤V≤100(3)把产生的细粒引入检测器，和分析细粒内目的元素的浓度。附图说明图1表示细粒选择比、产生细粒速率和分析准确度之间的关系，它举例说明本专利技术的原则；图2表示焦点转移速度和产生细粒速率间的关系，它解释激光照射的条件；图3表示脉冲的半宽度和选择比之间的关系，它用以解释激光照射的条件；图4表示脉冲半宽度与产生细粒速率之间的关系，它用以解释激光照射条件；图5表示聚焦透镜的平行移动和焦点的关系，它用以表示焦点转移的方法；图6表示用于本专利技术实施例中的激光蒸发分析器的示意图；图7表示说明转动反射镜方法的转动装置的示意图，它用以解释焦点转移的方法；图8表示说明聚焦透镜平行移动的转移装置示意图，它用以解释焦点转移的方法；图9表示用于本专利技术的一个实施例的配管的侧面切面图；和图10表示用于本专利技术一个实施例的原子吸收分析的激光蒸发装置的示意图。通过激光蒸发分析要考虑如下。当基于化学定量比通过把一种固体样品溶解在某种溶液中而制备的溶液样品与通过把一部分固体样品形成然后用载气转移的细粒而制备的细粒样品比较时，发现就量、均一性和与原始样品同一性(以后简单称为“样品的典型特征”)来说这些样品间的区别。首先，可通过事先溶解样品材料制备必需量的溶液样品。相反，细粒样品需要在产生细粒现场同时提供。当产生细粒的速率低时，可能出现应用仪器的不足的绝对敏感性。对于样品的均一性，溶液样品保证了均一性，因为元素以离子态存在。然而，细粒样品在个别粒子大小和载气流分离上有差别。有关样品的典型特征，溶液样品溶解应用的全部固体样品，但易于变成细粒的细粒样品倾向于给出比原始固体样品中浓度更高的元素浓度，几乎不变成细粒的细粒样品倾向于给出比原始固体样品中的浓度更低的元素浓度。例如，当元素彼此间沸点有很大差别时，低沸点元素选择性地蒸发。因此，选择比显著地受选择蒸发状态影响。集中在这些差别上，专利技术人对与样品的典型特征有关的不同因素进行了详细研究，因此完成本专利技术。有关在上述差别中各自粒子的大小，将得到近1μm直径的均匀粒子大小，不包括在保持产生细粒速率和选择比在适当范围内的激光照射条件下聚结。至于载气流的分离，内标能用于有效的校正。因此发现产生细粒速率问题和样品典型特征问题比样品均一性问题优选。选择性蒸发问题是显著影响样品典型特征的一个因素。选择比被定义为在所收集样品中要分析的目的元素浓度与原始样品中该元素浓度的比率。因此，选择比为1是理想态，虽然实际的问题是与整体偏差多少要可以被接受。分析准确度与选择比和产生细粒速率有关。为了保持分析的高准确度，在相对低的产生细粒速率体系中仅允许选择比的小偏差，在增大的产生细粒速率体系中允许选择比的大偏差。图1表示产生细粒速率和选择比对分析准度的影响。纵轴是选择比，横轴是产生细粒速率。该图代表对元素含量范围为0.01—1.0％的标准钢样品元素分析的相对误差。空心圆符号表示相对误差为5％或更少，空心三角符号表示相对误差大于5％。常规分析方法对钢中S和P的相对误差为5％或更高。从该图看出，空心圆分布在界线A和界线B之间，且这些线A和B之间的距离随着产生细粒速率的增大而变宽。例如，当产生细粒速率为0.1μg/sec时，为了进行相对误差在5％范围内的分析，选择比不得不在0.8到1.25的范围内，但是对于产生细粒速率为10μg/sec，选择比范围从0.4到1.75是可接受的。界限A和B分别用方程(1)和(2)表示。S≤0.25log V＋1.5，(1)S≥-0.2log V＋0.6，(2)即然产生细粒速率太小可由于对某一含量范围的目的元素不足的仪器敏感度而降低分析的准确度，所以产生细粒的速率被指定为0.1μg/sec或更高。如果产生细粒的速率超过100μg/sec，可诱发由检测器激发源的增污染或由不稳定的等离子体激发火焰引起的降低的检测准确度。因此，产生细粒速率的上限被指定为100μg/sec。既然细粒产生速率和选择比取决于脉冲能量密度，脉冲半宽度，振动频率等，该速率能用这些条件控制。然而，细粒产生速率的增加可影响选择比。为了避免可能降低分析准确度的影响，细粒产生速率V(μg/sec)和选择比S之间的关系必须满足方程(1)，(2)和(3)。换句话说，维持这本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分析固体样品的方法，其包括：把固体样品放在池中；把惰性载气引入该池中，该载气含杂质碳１ｐｐｍ或更少；激光光束照射惰性载气中固体样品表面的初旧处理步，该激光光束脉冲半宽度为０．００１μｓｅｃ或更宽，脉冲能量密度为０．００１ＧＭ ／ｃｍ↑［２］或更高，频率为１００Ｈｚ或更高；在惰性载气中产生细粒，条件是产生细粒的速率Ｖ（μｇ／ｓｅｃ）和选择比Ｓ满足下面方程，选择比是细粒内目的分析元素浓度与固体样品内目的分析元素浓度的比率；Ｓ≤０．２５ｌｏｇＶ＋１．５，Ｓ ≥－０．２ｌｏｇＶ＋０．６，０．１≤Ｖ≤１００把产生的细粒引入检测器，和分析细粒内目的元素的浓度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：望月正，石桥耀一，秋吉孝则，岩田嘉人，城代哲史，坂下明子，
申请(专利权)人：日本钢管株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]