光电直读光谱在冶金上的发展
光电直读光谱分析是一项成熟的分析技术，世界上第一台光电直读光谱仪于1940年问世.1965年我国引进第一台光电直读光谱仪用于钢铁分析.国产第一台光电直读光谱仪于1974年研制成功(北京第二光学仪器，现北京瑞利分析仪器公司).迄今为止，我国已有各种光电直读光谱仪1500台以上。光电直读光谱分析具有准确、快速、多元素同时测定的特点，因此被广泛地应用于冶金，机械等行业的各个领域.
现代材料科学发展很快，钢铁工业中精炼技术、连铸技术及连铸连轧技术的快速发展，使钢铁在产量、质量提高的同时，对分析的要求也相应提高.准确、及时一直是冶金分析的发展方向.随着冶金工业向提高质量，增加品种，降低消耗，增加效益的方向发展，光电直读光谱分析在冶金工业中起着越来越重要的作用.伴随冶金工业及材料科学的发展，光电直读光谱分析在新仪器开发、分析方法研究及标准样品研制等方面都有很大发展。
l 临线分析
根据分析仪器与生产现场的距离以及对生产工艺的影响程度，可将分析方式分为离线分析、临线分析、在线分析.离线分析是指分析仪器远离生产现场，临线分析是指分析仪器临近生产现场，在线分析是指分析仪器在生产现场并成为生产工艺中不可分割的一部分.以往光电直读光谱仪都采用离线模式.
通常将仪器放在中心实验室，试样通过风动送样从生产现场输送到化验室，经切割、冷却、磨样，再放到光谱仪上分析;分析结果通过电话、显示器等报送生产现场，整个过程要5min以上.虽然这种模式不能完全满足冶金工业生产工艺要求，但由于早期光谱仪对生产现场的环境如灰尘、震动、电磁干扰等较为敏感，因此光谱仪只能针对中心实验室的条件来设计.
德国斯派克公司1988年研制出世界第一台全自动光谱实验室以来，传统的离线模式逐渐向临线方向发展.目前，世界上已有数家光谱仪生产厂可提供全自动光谱实验室，全自动光谱实验室是一套无人操作的光电直读光谱仪分析系统.整个系统放在一个“集装箱”内。“集装箱”可放置在转炉、精炼等工艺现场.试样放人系统后，经自动制样，光谱仪自动分析，分析结果自动传送到指定终端.整个过程为9伪.全自动光谱实验室是一个智能化的系统.可自动监控温度、水、电、气等各种工作参数，并具备多种功能，即使试样表面有小缺陷，也能得到准确测量结果.当样品有严重缺陷时，系统自动终止分析并发出重新取样信号.分析过的试样可通过自动喷墨打印机或自动标签机将样号记录在样品表面并分类存放.整个分析系统定时自动监控分析数据，并可根据具体情况自动校正光谱仪.
全自动光谱实验室作为一种临线分析技术是冶金分析的一次革命，对冶金工业发展的促进作用是显而易见的.但由于价格昂贵，目前在发展中国家普及还有一定困难.
鉴于全自动光谱实验室价格贵而原来的离线分析模式又不能完全满足工艺要求，钢铁研究总院与钢厂合作推出一种“半自动炉前平台快速分析系统”，基本上可满足我国较先进的生产工艺要求.这种系统由光电直读光谱仪和自动磨样机组成.在生产工艺现场建造或改建平台实验室，面积为12~30m2.实验室具有屏蔽、减震、防尘通风功效，可适应任何冶金现场的环境.工作原理是试样放人自动磨样机制备后，人工将试样放到已校正好的光谱仪中进行分析，分析结果自动传送到现场终端或显示屏幕.整个过程小于2而n.使用半自动平台系统可缩短冶炼时间，提高炼钢命中率，大大减少号外钢，严格控制精炼、合金化调整及连铸工艺所需要的各种成份含量，并且价格低廉，适合我国国情，因此这种临线模式在我国推广很快，许多钢厂已经采用这种模式.
2气体元素分析
金属中气体元素系指C,S,N,O,H.九十年代以前光电直读光谱仪只能分析C，S.随着光橱加工工艺的提高，可用于远紫外的光电倍增管的问世以及人们对充惰性气体光学系统的重新认识与改进，使得近年来光电直读光谱气体元素分析有了很大发展.对比九十年代前后，各个气体元素的分析谱线(nm)如下:
以前碳只用193.09nm谱线测定，钢铁中检测限为5ppm，现在根据需要可使用165.70nm谱线，钢铁及铜中碳的检测限可达lppm.
光电直读光谱分析氮是新的突破，开始用174.27nm谱线测量，由于测量稳定性差，而且只能分析高含量氮，很少用于实际分析.后来采用149.47nm谱线测定钢中氮，检测限可达5ppm.稳定性很好.
氧的光电直读光谱分析是近几年开展的，铜中检测限为10ppm.钢铁中为15ppm.光电直读光谱分析钦中氢检测限为8ppm.
目前用光电直读光谱进行超低碳分析，钢中氮分析，纯铜中碳、硫、氧分析，以及钦中氢的分析，已进人实用阶段.国内在钢中定氮，纯铜中定氧的工作也逐步开展起来.普通的光电倍增管强烈吸收远紫外谱线，因此用于测定氮、氧、氢的光电倍增管采用特殊的光学材料以减少本身对谱线的吸收.这些光电倍增管比普通型价格昂贵，因此仪器配置这些通道的价格也较一般的通道贵.
尽管光电直读光谱仪对气体元素的分析有了很大进展，但与专用的碳硫分析仪，氧氮分析仪及氢分析仪相比，在检测限方面仍有一定差距.
3状态分析
状态分析对冶金工业有重要意义.对钢铁工业最具普遍性的问题是铝的状态分析.光电光谱仪分析铝的技术很成熟.由于以前光电直读光谱分析采用离线模式，分析全过程时间长，不能及时指导生产工艺，至使铝的状态分析方法的实用性大大降低.随着连铸技术的迅速发展和普及，我国也制定了本世纪末实现全连铸的目标，使这一问题暴露得很尖锐.铝含量及酸溶铝与酸不溶铝的比例对连铸工艺至关重要，不能准确地控制铝含量及不同状态铝的比例，就不能进行正常的连铸.随着光电直读光谱仪由离线模式逐渐向临线模式过渡，光电直读光谱仪进行铝的状态分析的价值便得到充分体现.用光电直读光谱仪进行状态分析有PDA法和PIM法.PDA法即脉冲高度分布分析法.它的基本原理是:不同状态的铝在激发时产生不同的脉冲高度，通过对不同脉冲信号出现几率的统计即可计算出不同状态中铝的含量.PDA法需要对数据处理系统加装特殊的电子装置.PIM法即峰值积分法.它的基本原理是:在铝的燃烧曲线上，不同状态的铝有不同的表现，酸不溶铝可使燃烧曲线形成一个峰值.通过对峰值积分及与平稳放电时的对比分析可测得不同状态铝的含量.两种方法都是在测量其它元素的同时获得铝的不同状态含量的，因此使用十分方便.
钢铁工业中不同的工艺需要控制不同的铝含量.在实际分析中要充分考虑制样对铝状态分析的影响.常规磨样砂纸以Al2O3作研磨材料，对低含量铝的状态分析有影响，应更换其它材料的砂纸.研磨粒度对铝的状态分析精密度也有影响，在实际分析中应加以考虑.
4痕量元素分析
痕量元素对金属及合金性能影响很大，日益受到人们的重视.对钢的性能有两方面不同影响.一方面能改善钢的某些特性，如钢中加人适量的硼、饰、钨、钙、镁，有的可提高钢的淬透性，有的可提高强度，有的可改善合金可塑性，改善冲击韧性.另一方面对钢的性能有危害，如铅、锡、锑、秘、砷、俗称五害.这些元素的存在，对钢及合金的性能有不同程度的危害.在有色金属领域中，经常要检验杂质元素含量，以确定金属的级别，不同纯度的金属价格相差很远，所以准确地测量这些痕量杂质是提高经济效益的关键.
光电直读光谱在痕量元素分析领域有很大进展.使用SAFI，技术(痕量元素分析技术)，通过电子线路压低光电倍增管的噪音，降低放电时的背景从而大大降低光电直读光谱仪的检测下限.由于样品制备与常规的光电直读光谱一样，简便、快速、多元素同时测定，这种光电直读光谱分析技术的应用前景十分广阔.从1992年我国引进第一台这种光电直读光谱仪以来，国内已有十台以上设备投人运行，为企业创造了良好的经济效益。
5混料分析
冶金工业由于工艺复杂，产品牌号多，很容易发生混料、混号.怎样解决这个问题，长期以来困扰着冶金及其它行业.早在80年代初期，由于光导纤维技术的发展，给彻底解决这一问题提供了机会，移动式光电直读光谱仪应运而生。移动式直读光谱仪是给光谱仪配上轮子，将整个光谱仪的体积和重量尽量缩小，检测是通过光谱激发枪进行.激发枪用光导纤维和电缆与主机相连，中间距离可达5一10m，由于光导纤维的可弯曲性，能十分灵活地用于成品库或其它生产现场的材料鉴别.早期产品只有电弧光源，可分析金属材料中的硅、锰等所有的金属元素.这种产品问世后很快应用到冶金、石化、机械加工等行业.
一段时间以来，我国在这个领域发展缓慢.原因有两方面:一方面移动式光谱仪虽比实验室光谱仪价格便宜，但仅用于混料、混号检测仍觉很贵;另一方面我国主要产品为普钢，而早期的移动式光谱仪由于采用光导纤维导光，不能分析碳，当然更不能分析磷、硫，因此早期移动式光谱仪在我国应用有很大局限性.
九十年代以来，移动式光谱仪分析技术发展迅速.现在碳、磷、硫均可在移动式光谱仪上得到正确分析.它是通过两种不同技术实现的.早期的光导纤维对低于200nm的谱线有明显的吸收，因此不能分析碳、磷、硫.现代的特殊光导纤维已可以将碳(193.09nm)谱线吸收率大大降低，碳含量在0.02%以上浓度均可正常鉴别和区分.但这种方法仍不能分析磷、硫.另一种方法是专门为碳、磷、硫制作一个小光室，将其固定到激发枪上，光室为氢气气氛，这样激发枪激发的光通过两路传播:一路通过光纤传至5m外的主光学系统，另一路直接传给激发枪上的小光室，小光室有氮气保护不吸收紫外光，因此，可以测定碳、磷、硫.这样就大大拓展了移动式光谱仪的使用领域.目前，在我国移动式光谱仪的应用技术发展很快，各行业使用的移动式光谱仪估计在100台以上.为适应生产的需要，市场上又推出了全自动光谱检测车.我国宝钢就有两套全自动光谱检测车应用在钢管生产线上并实现了在线分析.它的工作流程是:钢管在生产线上经过光谱检测车的指定测量区域时，磨样装置自动从下而上打磨钢管表面，激发枪从下而上顶住钢管激发测量，两次测定取平均值，合格的钢管通过，不合格的便用吊臂将其吊至生产线外指定地点.
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