專利名稱：：一種光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法及光譜儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于光譜分析儀器領(lǐng)域，具體涉及在原子吸收光譜儀中使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法。本發(fā)明還涉及使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法的原子吸收光譜儀器。
背景技術(shù)：
：自本世紀50年代由澳大利亞物理學家Walsh首先提出了將原子吸收光譜法應用于化學分析，現(xiàn)已成為元素定量分析最重要的工具之一而廣泛應用于各個分析領(lǐng)域。雜散光的大小是光譜儀器性能的一項重要指標。在原子吸收光譜儀需要做到良好的光精度、寬線性范圍、高背景校正能力時，雜散光的影響就顯得尤為重要。雜散光是指從單色器分出的不在入射光譜帶寬度范圍內(nèi)，與所選波長相距較遠的光，它是由于光學元件制造誤差以及光學和機械零件表面的漫反射形成的，它來源儀器本身(主要是光柵)而非樣品造成。雜散光是分析樣品的非吸收光，隨著樣品吸收(吸光度)的增加，雜散光的影響也隨之增大，將給分析結(jié)果帶來一定的誤差。發(fā)明人通過對雜散光的性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)，影響雜散光大小因素很復雜，除受儀器本身的光學器件性能的影響外，雜散光比率還與不同燈電流、不同的元素燈、不同的波長、不同的光譜帶寬等因素有關(guān)，不同的儀器條件下，儀器的雜散光表現(xiàn)是變化的。傳統(tǒng)的原子吸收光譜儀，由于沒有找到一種可動態(tài)消除雜散光的方法，儀器雜散光水平僅能依靠提高儀器單色性來降低整體水平，但同時也大大提高了儀器的硬件成本，即使如此，不同的儀器條件下儀器雜散光的變化撲捉并扣除影響。在原子吸收光譜儀高性能自吸背景校正時，雜散光的大小直接影響高吸光度時的背景校正能力。由于雜散光的影響，傳統(tǒng)的原子吸收光譜儀自吸背景吸收能力僅提供在吸光度為lAbs時的背景校正能力(國家標準要求不小于30倍)，在吸光度為L5Abs以上時的背景校正能力通常小于30倍。在光譜儀的雜散光測量方面，傳統(tǒng)的方法是用截止濾光片或截止溶液來測試，如用"GBW(E)130114——雜散光濾光片標準物質(zhì)"來測量。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>該方法的最大局限就是需要標準物質(zhì)并在特定波長下靜態(tài)測量，并且測量波長只有特定的幾個。國內(nèi)外，至今尚無"使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測及其動態(tài)扣除的方法"報道以及使用該方法的光譜儀器。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一在于提供一種在原子吸收光譜儀中使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法，以期望在儀器正常測試過程中實時檢測雜散光并進行動態(tài)扣除，以便即時最大限度的減少雜散光對有效光度吸收的影響。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二在于提供一種使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法的原子吸收光譜儀器。作為本發(fā)明第一方面的使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法，包含以下步驟1、采用單道或雙道波長掃描方法獲得光譜儀銳線光源的光譜掃描圖譜；2、對光譜掃描數(shù)據(jù)進行處理，獲得單道或雙道的雜散光比率數(shù)據(jù)；3、用步驟2獲得的雜散光比率數(shù)據(jù)重置雜散光扣除程式中的雜散光比率值;4、在接收儀器信號正常測試的同時，動態(tài)扣除單道或雙道雜散光。在本發(fā)明中，所述單道或雙道波長掃描方法，包含以下步驟1、進行儀器條件設(shè)置，包括對燈電流、負高壓、波長、狹縫進行設(shè)置；2、設(shè)置光譜掃描寬度為4至8倍入射光譜帶寬，中心波長為儀器設(shè)置波長，并設(shè)置波長掃描步長；3、進行波長掃描，記錄每點能量數(shù)據(jù)；4、繪制當前的光譜掃描圖譜。上述方法中，采用的光譜儀銳線光源的空心陰極燈。在上述方法中，雜散光比率的模型為Tv=kTmin，其中k取值范圍為0.7~0.9，優(yōu)選為0.8，Tmin為掃描圖譜中尋出的最小能量比率。所述Tmin的模型為Tmin=Emin/Emax，式中Emin—掃描圖譜中尋出的最小能量，Emax-掃描圖譜中尋出的最大能量。在上述方法中，動態(tài)扣除單道或雙道雜散光的模型為-Ts'=Es/EslOO-Tvs;Tr'=Er/ErlOO-Tvs;Asr=lg(Tr')-lg(Ts');As二-lg(Ts');式中Tvs-樣品道雜散光比率Tvr-參考道雜散光比率Ts'-樣品道透過率Tr'-參考道透過率EslOO-樣品道調(diào)0Abs時的能量ErlOO-參考道調(diào)0Abs時的能量Asr-背景校正后吸光度As-樣品道吸光度作為本發(fā)明第二方面的使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法的原子吸收光譜儀器，包括現(xiàn)有原子吸收光譜儀器的所有硬件，其特征在于，在儀器設(shè)置背景校正模塊中包含有一對樣品道和參考道雜散光扣除的自動檢測和扣除模塊，該自動檢測和扣除模塊能實施以下步驟K采用單道或雙道波長掃描方法獲得光譜儀銳線光源的光譜掃描圖譜；2、對光譜掃描數(shù)據(jù)進行處理，獲得單道或雙道的雜散光比率數(shù)據(jù)；3、用步驟2獲得的雜散光比率數(shù)據(jù)重置雜散光扣除程式中的雜散光比率值；4、在接收儀器信號正常測試的同時，動態(tài)扣除單道或雙道雜散光。本發(fā)明所提供的方法能極大提高原子吸收光譜儀的光精度、線性范圍、背景校正能力；同時提供使用該方法的原子吸收光譜儀器，該儀器具有優(yōu)良的自吸背景校正能力，即使在石墨爐大功率升溫條件下，在Cd228.8nm和Pb280.2nm(非吸收線)，背景吸收lAbs時背景校正能力^100倍，背景吸收1.5Abs時背景校正能力^80倍。在Cd228.8nm，富燃氣空氣一乙炔火焰背景吸收達到1Abs時，自吸背景校正能力^100倍。本發(fā)明的積極效果是在無須使用任何標準物質(zhì)的前提下，不增加任何硬件成本，利用銳線光源本身的光譜性質(zhì)，讓光譜儀器進行雜散光自動檢測及其動態(tài)扣除，極大的提高原子吸收光譜儀的光精度、線性范圍、背景校正能力；該技術(shù)應用于原子吸收光譜儀高性能自吸背景校正時，儀器的背景校正性能可提高到在1Abs時大于100倍，2Abs時大于80倍。在計算機控制和數(shù)據(jù)處理日益強大的今天，本發(fā)明也為儀器的數(shù)據(jù)處理和控制軟件提供了完整的數(shù)學模型，同時也提高原子吸收光譜儀的光精度、線性范圍、背景校正能力而不提高任何硬件成本。圖1為采用雜散光標準物質(zhì)測量雜散光的結(jié)果與采用光譜掃描方法測量雜散光的結(jié)果比較圖。圖中提示了雜散光隨Pb燈電流變化而變化。圖2為Cu燈324.8nm波長處窗口掃描圖(Il=lmA，I2=100mA，Slit二O.7nm)。圖3為火焰背景吸收的校正雜散光校正前后對比圖(動態(tài)扣除前)。圖4為火焰背景吸收的校正雜散光校正前后對比圖(動態(tài)扣除后)。具體實施方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明基于的前提是采用雜散光標準物質(zhì)測量雜散光的結(jié)果與采用光譜掃描方法測量雜散光的結(jié)果(窗口為4到8倍入射光譜帶寬)，參見圖l，兩者是基本一致的，說明本發(fā)明的光譜掃描方法測量雜散光是正確可靠的。在圖1中，1為雜散光標準物質(zhì)測量雜散光的雜散光與燈電流之間的關(guān)系曲線，2為光譜掃描方法測量雜散光的雜散光與燈電流之間的關(guān)系曲線。通過圖1中的雜散光與燈電流之間的關(guān)系曲線，可以證明該雜散光和光譜掃描最小能量比率關(guān)系的正確性，發(fā)現(xiàn)了雜散光大小和原子吸收光譜儀器銳線光源光譜掃描圖譜(窗口為4到8倍入射光譜帶寬)中尋出的最小能量比例之間存在一個固定線性關(guān)系，獲得雜散光比率的模型為Tv二kTmin，其中線性關(guān)系系數(shù)k取值范圍為0.70.9，優(yōu)選為0.8，Tmin為掃描圖譜中尋出的最小能量比率。Tmin的模型為Tmin=Emin/Emax，式中Emin-掃描圖譜中尋出的最小能量，Emax-掃描圖譜中尋出的最大能量。具體線性關(guān)系系數(shù)k可以通過以下方法來獲得1、選取一塊雜散光濾光片標準物質(zhì)，確定其測量波長，例選波長為220nm的雜散光濾光片標準物質(zhì)；2、選擇一個元素燈，該元素在220rnn附近有吸收峰，例Pb元素燈，吸收波長217.0nm;3、對儀器條件設(shè)置后，進行該元素在吸收峰左右進行窗口光譜掃描；4、由光譜掃描圖譜中檢出Tmin;5、使用雜散光濾光片測量Tv:將雜散光濾光片置于光譜儀的樣品室外光路中，直度透過率即為雜散光比率；6、獲得系數(shù)K=Tv/Tmin。在采用單道或雙道波長掃描方法獲得光譜儀銳線光源的光譜掃描圖譜時，首先進行儀器條件設(shè)置，包括對燈電流、負高壓、波長、狹縫進行設(shè)置；其次設(shè)置光譜掃描寬度為4至8倍入射光譜帶寬，中心波長為儀器設(shè)置波長，并設(shè)置波長掃描步長；然后進行波長掃描，記錄每點能量數(shù)據(jù)；最后繪制當前的光譜掃描圖譜。采用的光譜儀銳線光源的空心陰極燈。在掃描過程中，若儀器條件中燈電流、元素燈、測量波長、光譜帶寬發(fā)生變化，就重新進行單道或雙道光譜掃描，獲取最新雜散光實測值。參看圖2，1'為背景道光譜掃描曲線，2'為樣品道光譜掃描曲線，3為最小能量波長點Emin，4為最大能量波長點Emax。通過對圖譜數(shù)據(jù)的掃描找最大能量波長點"4"和最小能量波長點"3"，并拾取相應點的數(shù)據(jù)，并使用計算雜散光的數(shù)學模型得到相應測量道的雜散光值。根據(jù)上述光譜掃描原理，自動檢測出雜散光自動檢測出雜散光Tv，有自吸背景校正時檢測雙道雜散光:樣品道雜散光比率Tvs、參考道雜散光比率Tv:r;測量樣品時，在接收儀器信號同時動態(tài)進行單道或雙道雜散光校正；其校正公式Ts'=Es/Esl00-Tvs;Tr'=Er/Erl00-Tvs;Asr=lg(Tr')-lg(Ts');As二_lg(Ts');式中Tvs-樣品道雜散光比率Tvr-參考道雜散光比率Ts'-樣品道透過率Tr'-參考道透過率EslOO-樣品道調(diào)0Abs時的能量ErlOO-參考道調(diào)0Abs時的能量Asr-背景校正后吸光度As-樣品道吸光度參看圖3和圖4，1"為背景道測量曲線，2〃為樣品道測量曲線，3z為背景校正后測量曲線。圖3為火焰背景吸收的校正雜散光校正前圖形，由于雜散光的影響，在吸光度大于lAbs后，背景校正后測量曲線(曲線3')明顯向負偏離，背景校正效果越來越差；圖4為火焰背景吸收的校正雜散光校正后圖形，由于基本消除了雜散光的影響，在吸光度大于lAbs后，背景校正后測量曲線(曲線3?？傇诹憔€上，背景校正效果依然優(yōu)良。使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法的原子吸收光譜儀器，包括現(xiàn)有原子吸收光譜儀器的所有硬件，其在儀器設(shè)置背景校正模塊中包含有一對樣品道和參考道雜散光扣除的自動檢測和扣除模i央，該自動檢測和扣除模塊能實施以下步驟1、采用單道或雙道波長掃描方法獲得光譜儀銳線光源的光譜掃描圖譜；2、對光譜掃描數(shù)據(jù)進行處理，獲得單道或雙道的雜散光比率數(shù)據(jù)；3、用步驟2獲得的雜散光比率數(shù)據(jù)重置雜散光扣除程式中的雜散光比率值；4、在接收儀器信號正常測試的同時，動態(tài)扣除單道或雙道雜散光。以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。權(quán)利要求1、使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法，其特征在于，包含以下步驟1)、采用單道或雙道波長掃描方法獲得光譜儀銳線光源的光譜掃描圖譜；2)、對光譜掃描數(shù)據(jù)進行處理，獲得單道或雙道的雜散光比率數(shù)據(jù)；3)、用步驟2)獲得的雜散光比率數(shù)據(jù)重置雜散光扣除程式中的雜散光比率值；4)、在接收儀器信號正常測試的同時，動態(tài)扣除單道或雙道雜散光。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述單道或雙道波長掃描方法，包含以下步驟1)、進行儀器條件設(shè)置，包括對燈電流、負高壓、波長、狹縫進行設(shè)置；2)、設(shè)置光譜掃描寬度為4至8倍入射光譜帶寬，中心波長為儀器設(shè)置波長，并設(shè)置波長掃描步長；3)、進行波長掃描，記錄每點能量數(shù)據(jù)；4)、繪制當前的光譜掃描圖譜。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用的光譜儀銳線光源的空心陰極燈。4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述雜散光比率的模型為Tv=kTmin，其中k取值范圍為0.7~0.9，優(yōu)選為0.8，Tmin為掃描圖譜中尋出的最小能量比率。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述Tmin的模型為:Tmin二Emin/Emax，式中Emin-掃描圖譜中尋出的最小能量，Emax-掃描圖譜中尋出的最大能量。6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述動態(tài)扣除單道或雙道雜散光的模型為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式中TVS-樣品道雜散光比率Tvr-參考道雜散光比率Ts'-樣品道透過率Tr'_參考道透過率EslOO-樣品道調(diào)0Abs時的能量ErlOO-參考道調(diào)0Abs時的能量Asr-背景校正后吸光度As-樣品道吸光度。7、使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法的原子吸收光譜儀器，包括現(xiàn)有原子吸收光譜儀器的所有硬件，其特征在于，在儀器設(shè)置背景校正模塊中包含有一對樣品道和參考道雜散光扣除的自動檢測和扣除模塊，該自動檢測和扣除模塊能實施以下步驟1、采用單道或雙道波長掃描方法獲得光譜儀銳線光源的光譜掃描圖譜；2、對光譜掃描數(shù)據(jù)進行處理，獲得單道或雙道的雜散光比率數(shù)據(jù)；3、用步驟2獲得的雜散光比率數(shù)據(jù)重置雜散光扣除程式中的雜散光比率值；4、在接收儀器信號正常測試的同時，動態(tài)扣除單道或雙道雜散光。全文摘要本發(fā)明公開的使用光譜掃描或波長偏置進行光譜儀雜散光自動檢測和動態(tài)扣除的方法，其首先采用單道或雙道波長掃描方法獲得光譜儀銳線光源的光譜掃描圖譜；然后對光譜掃描數(shù)據(jù)進行處理，獲得雜散光比率數(shù)據(jù)；再用獲得的雜散光比率數(shù)據(jù)重置雜散光扣除程式中的雜散光比率值；最后在接收儀器信號正常測試的同時，動態(tài)扣除單道或雙道雜散光。本發(fā)明在無須使用任何標準物質(zhì)的前提下，不增加任何硬件成本，利用銳線光源本身的光譜性質(zhì)，讓光譜儀器進行雜散光自動檢測及其動態(tài)扣除，極大的提高原子吸收光譜儀的光精度、線性范圍、背景校正能力；該技術(shù)應用于原子吸收光譜儀高性能自吸背景校正時，儀器的背景校正性能可提高到在1Abs時大于100倍，2Abs時大于80倍。文檔編號G01M11/02GK101408503SQ20071004694公開日2009年4月15日申請日期2007年10月11日優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日發(fā)明者劉志高,劉瑤函申請人:上海光譜儀器有限公司