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1、光譜分析儀(OpticalEmissionSpectrometer,OES)—、實驗目的：Composition),藉由取得成分元素濃度百分比，以判定分析樣品的材料編碼。二、儀器使用OXFORD公司型號為Foundry-MasterXTert的光譜分光儀。OXFORDFoundry-MasterXTertOES三、原理光譜分析儀(OpticalEmissionSpectrometer,OES)即是以火花放電(spark)將原子之電子激發(fā)到能量較高的軌域，當電子再返回到原軌域時，以轉換為相對射線釋放出其能量差,射線可以使用波長來區(qū)分,因每一元素原子
2、序及結構不同,所獲得射線種類及其光譜亦不同。光譜分析儀中所使用射線之波長介於170nm到800nm,約有五萬多條光譜供選擇。將試樣激發(fā)收集到特定原子發(fā)射光譜線，利用電荷耦合元件感應此光譜線,並將影像轉變成數字信號，再以電腦系統計算出待測物元素濃度百分比，即可用以對照並判斷金屬編碼。發(fā)射光譜的基本原理，由量子化學理論可知，每一元素均具有特定的電子能階，各元素的電子能階高低因其原子量不同而異，在常溫時，各元素的原子均位於最低能階狀態(tài)，稱為基態(tài)。但溫度升高或受到外部能量刺激時，原子可由基態(tài)被提昇至激發(fā)態(tài)，由於激發(fā)態(tài)的原子不穩(wěn)定，且停留時間甚短，而很快回
3、到基態(tài)，並放出相當於此能階差的光譜線。因此，將原子由基態(tài)激發(fā)到激發(fā)態(tài)是發(fā)射光譜的基本條件，而量測這發(fā)射光譜及其強度的技術是光譜分析儀的基本原理。OES即是以火花放電將元素的原子激發(fā)到激發(fā)態(tài)，對其特定原子發(fā)射光譜線解析，再以電荷耦合元件(Charge-CoupledDevice,CCD)感應此光譜，並將影像轉變成數字信號，電腦系統計算出待測物之濃度百分比。實驗使用的Foundry-MasterXTert的光譜分光儀具有激發(fā)光源、光學系統與數據處理系統等三部分，如圖二所示。?數值.(強度)成份％本體電子系統一晅O激發(fā)源系統＞圖二、分光儀(OES)基本
4、結構。1.激發(fā)光源:在分析樣品時，將樣品放置在激發(fā)檯的激發(fā)槽口，本機器之槽口為直徑10mm圓形開口，所以試片大小必須大於此直徑，以完全遮住後再充入超高氫氣體至3.5baro首先Ar原子先在此電擊錦棒激發(fā)下游離成Ar離子，接著又受電場環(huán)境作用下獲得動能，加速撞擊樣品，將樣品表面原子態(tài)的元素打出表面，而此被打出的原子又受其他運動的Ar離子撞擊，獲得其一部分的動能，使原子產生能階耀遷，由基態(tài)被激發(fā)到激發(fā)源，因激發(fā)態(tài)原子很不穩(wěn)定，在很短的時間內又從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)，在此同時放出該原子能階差的特性光譜。而此放電過程是自動、隨機的，發(fā)生在樣品上一限定區(qū)域內，且
5、是很穩(wěn)定、可重複的放電條件。2.光肇系統：光學系統是OES非常重要的組件之一，它直接影響光譜的解析度，及分析結果的準確性與精密度。構成的主要特性有入出口狹縫、光W(Grating)材質、焦距長度(FocusLength)及電荷耦合元件(Charge-coupledDevice,CCD):(1)入口狹縫：狹縫寬度直接影響光譜的解析度及強度，當寬度增加時，解析度會降低，訊號強度增加；寬度減少時，解析度增加，訊號強度減少，所以兩者間必須取折衷條件。(2)光柵：發(fā)射出來的光譜線，完全由光柵以光的繞射原理將欲分析的光譜分離出來＞(1)材質：使用在光學系統的
6、材料一般均選用膨脹係數較低的金屬，表面並塗上抗反光材料，以降低因環(huán)境溫度變化及金屬反光所產生的干擾。(2)聚焦長度：當聚焦長度越長時，光譜的解析度越好。但受環(huán)境溫度的影響也越敏感。(3)電荷耦合元件：是一種集成電路，上有許多排列整齊的電容能感應光線，並將影像轉變成數字信號。經由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電荷轉給它相鄰的電容。1.數據處理系統:應用電腦科技快速精確分析的特點，透過視窗圖形式操作軟體之設計，將電的信號累積經電子電路系統轉換為一數值，此數值稱為強度，亦即樣品激發(fā)之光譜有多少光，即產生多少強度，再將強度數值傳輸至電腦，計算出待
7、測物之濃度百分比資料。但分析樣品必須為機器內已建立檢量線，所能分析之金屬及其合金。本系OES共建有20條檢量線，求檢測數據之精確，需先瞭解試片大略的成分，以選擇適當的檢量線。(如下表所示)。表一、本系OES已建立檢量線一覽表合金覆類檢量線FE000FE100FE150FE200道用合金種類細項備註OrientationLowalloysteelFreecuttingsteelCast繼基合金FE250HighCastalloyFE300Cr-/Ni-SteelFE400ToolSteelFE500Mn-steel鋁基Al000Al-GlobalA
8、l100LowalloyaluminumAl200Al-CualloysAl300Al-MgalloysAl400Al-Sialloys
