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光谱分析图谱与标志
第五章分析图谱与标志
5．1光谱分析谱线分析标志
光谱分析是利用激发光源对试件（样）提供能量，使原子处于激发状态，借助看谱镜观察其排列有序的谱线进行分析的。
本节要掌握的知识点是：
利用肉眼可见部分波长为7,700─3,900埃的区域内的谱线具有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色，铁谱线在七色中均有分布，并有其固有的特征和分布规律，借助这一特征，将铁谱线作为基线（起标志物作用）来识别被分析原素是否存在；利用所存在的元素含量越高，该元素谱线的能量越大（谱线亮度越强）的谱线特性，来测定被分析元素量的多少。
因此分析信号的获取和正确识别是定性和定量分析的基础，分析标志就是将分析信号进行归类并列表，作为光谱分析定性和半定量分析辅助工具之一。
列入分析标志的铁基线特征明显，受干扰影响小，靠近元素谱线并按波长依次编号，同时也将被分析元素谱线根据其不同能级显示的波长位置依次编号。
铁基线的主要作用有两个，一是利用其各色区固有的特征作为定性分析时的特征线，帮助分析者找到该特征线左右的元素谱线；二是利用其相对固定的谱线亮度，作为相邻元素谱线能级的对比依据。
下面我们按元素为单位介绍光谱分析中铁基线与元素谱线的认定和利用分析标志进行光谱分析的方法。
5．2光谱分析定性与半定量分析
光谱分析根据分析要求主要有两个，一是要求我们判定钢种类别，以黑色金属为例只要区分是否为合金钢，是合金钢时主要合金元素有哪几种，或是碳钢即可。
也就是分析者只要判定试件中基本的合金元素是否存在即可，这就是光谱的定性分析。
我们知道光谱分析的定性分析是确定某一元素是否存在，因此发现该元素最低含量谱线出现时，即可判定为该元素存在，这条（组）谱线也是该元素的最灵敏线。
当然作为某一元素的定性分析线，它必须是绝对可靠的不受干扰或干扰较小不影响判定的，所以在掌握光谱分析技术过程中我们必须了解各元素最灵敏线受干扰情况，包括要了解是受铁谱线干扰或是受某一元素谱线的干扰。
某一元素的最灵敏线受干扰时，该谱线就不能作为定性的最灵敏线，应该选用除最灵敏线外能级最低的谱线作为定性分析线。
另外就是要求我们对试件的钢号做分析，这就需要我们对各元素含量进行分析，因光谱分析受肉眼对颜色敏感程度、谱线亮度、清晰度等分析条件的制约，以及分析人员的经验等人为因素，因此分析结果会有一定的误差，因此利用光谱分析手段确定元素含量的方法称半定量。
为缩小误差分析对比线宜选用同一视场相距较近的谱线，同时要选用灵敏度较高即含量变化很少即能引起谱线强度有较大变化的线组进行分析。
同时要注意以下事项：
1）半定量分析要考虑被测元素以外的元素的影响，要了解引起光谱图改变的元素以及它们（同时含有钛、镍的合金）含量以及干扰分析线的元素的含量。
2）应先对谱线范围内的合金元素或原始材质所含合金元素逐个定性再进行半定量分析。
3）合金元素的半定量分析其含量线组的选择必须由低到高进行，应对两组以上分析线组进行半定量，基本一致后再下结论。
4）易产生成分偏析的试件（铸件或大体积试件），均应在一定距离范围内分析数点，以确保分析结果尽可能的准确。
5）无法拔除干扰的元素应同时采用标准试样对比法进行分析。
5．3黑色金属的光谱分析
本节主要介绍合金元素铬、钼、钒、镍、钨、钛的定性半定量方法。
1）铬的分析
分析铬的谱线按所在谱线色区主要有四组，按每组含量高低依次分铬一至铬四组，铬
一组在绿色区域（波长区间5198.71-5208.44A），含量范围0.01~0.2之间，铬的最灵敏线在铬一组，因能级最低的Cr2与铁基线重合，因此用于铬的定性分析线是Cr3线，因此铬的定性分析必须选用该组，它没有较明显的特征，因此一般宜找到74铁基线后慢慢往左移动，该组另一条Cr4线也与铁基线重合，要特别注意。
铬二组在黄绿色区域（波长区间5324.18-5371.49A），该组有一组非常具有特征的铁基线74（波长5371.49A），它的主要特
征是在它的左侧有两组两条一对的铁基线，靠左紧挨的一对细线是70和71，略比这一对间隔宽的是72和73，而74是在一组4条铁线的最右侧且最粗亮，在70~74铁基线区域内如果没有铬元素则除铁线外没有其他谱线出现。
该组可测定铬的含量范围在0.3~31.00间，几乎覆盖了铬元素分析含量范围，是最常用的分析组，但是为了减少利用分析标志进行半定量的误差，如果测定含量大于8时应选用Cr4组进行对比分析。
铬三组在黄绿色区域（波长区间5405.78-5415.21A），该组的特征不明显，可在同一视场找到74铁基线后，往右看到两对铁线，75间距略小于76、77，Cr7紧挨76铁基线。
该组测定含量范围在0.8-4之间，一般辅助铬二组作对比分析。
铬四组在蓝色区域（波长区间4919.00-4922.30A），该组特征明显，在蓝色区域多条铁线中可非常容易找到其中的五条亮线，其中3和第4条亮线非常靠近，它们就是31、32线（4919.00、4920.5A）且是Cr1的主要对比基线，该组就一条元素线Cr1，含量范围8~31，是测定中高含量的重要分析线组。
铬一组
铬二组
铬三组
铬四组
铬的分析标志
元素含量范围
Cr%
强度评定（元素线编号-铁基线编号）
一组
（绿色区域）
二组
（黄绿色区域）
三组
（黄绿色区域）
四组
（蓝色区域）
0.05
Cr2=65
0.1
Cr2=67Cr3≤66
0.2
Cr2=66
0.3
Cr5=71
0.7
Cr6=71
1
Cr5=72
Cr7=76
1.5
Cr5=76Cr5>72
2
Cr5=73
2.5
Cr6=72
Cr7=77
3
Cr6=76
4
Cr5=70Cr6=73
Cr7=75
5
Cr5=77
7
Cr5=75
10
Cr5=74Cr6=70
12.5
Cr6=77
15
Cr6=75
Cr1=31
25
Cr6=74
Cr1<32
30
Cr1=32
注:
Cr2Cr4分别与铁基线重合，铬的最灵敏线是Cr3采用各分析组配合注意对比，最好用标样进行对照。
2）钼的分析
分析钼的谱线按所在谱线色区主要有二组，钼的两组含量范围差别不大，因此按色区
分钼一和钼二组，钼一组在黄绿色区域（波长区间5497.52-5208.44A），含量范围0.05~3.0之间，钼的最灵敏线在该组是Mo3（含量在0.05即可出现），该组有较明显的特征可帮助我们容易找到该区域，首先可先通过74铁线往后（右）推，即可找到3条间隔相近的亮线，接着有一段无亮线（有暗线）的空档出现2条相距较近的亮线，再往右靠近黄色区有3条间隔相近的亮线，它们分别是83、84，Mo2，Mo3（与铁线重合，Mo2的干扰较大），87、88、89等铁线或元素线；Mo3虽与铁线重合，但在无钼元素存在时它略比相邻铁线暗，当钼含量0.05时该线即明显亮于相邻铁线，因此可作为钼的最灵敏线测定钼的存在与否，同时该元素线测量范围较大，可测0.05~8的含量范围。
Mo4是半定量的主要分析线，紧挨87线且可通过与相邻铁线的对比测定含量范围在0.10~1.50（一般低中合金钢钼含量范围）。
钼二组在橙色区域（波长区间6027.06-6065.49A），含量范围0.15~2.00，一条元素谱线Mo5，因为该组在橙色区域，因此对视觉会有一定的影响，但还是可以清楚地看到条明亮的铁基线，96、98右侧就是Mo5（波长6030.66）。
钼一组
钼二组
分析标志
（2）
元素含量范围
Mo%
强度评定（元素线编号-铁基线编号）
一组
二组
0.05
Mo3=89
0.1
Mo3=84
0.2
Mo3=83
Mo5>98
0.4
Mo4=89
0.5
Mo4=84
0.6
Mo4=87
0.8
Mo3=88
1.5
Mo4=88
3
Mo3=88
8
Mo3=90
注：
谱线有周期性的闪烁现象,经预燃采取闪烁之瞬间进行半定量比较.
3）钒的分析
分析钒的谱线按所在谱线色区及含量范围主要有二组，钒一组在紫色区域（波长区间
4375.93-4408.50A），该组有7条元素线含量范围0.10~0.60之间，钒的最灵敏线在该组是V1（含量在0.1即可出现），该组有较明显的特征因此较容易找到该区域，在该区域有三条明亮的铁线，从左至右第一条到第二条的间隔约为第二条到第三条的两倍，第一条亮线的左侧有一条暗线它就是铁1线，紧挨第一条亮线出现的就是V1线，当钒含量达0.5时该区域有7条钒线，但利用分析标志进行半定量分析时我们掌握V1、V2、V3、V4四条就可以了。
钒二组在蓝色区域（波长4871.33-4878.22A），该组有一条钒线V8，可分析含量范围为0.60~2.50，查找V8线时可利用较有特征的铁基线31、32（Cr1测定区），在找到该特征线后往左就看到一组亮线，其中有两条较粗亮，前（左）一条其实是有两条相距很近的27、28铁线（波长4871.33、4872.15A），后一条亮线是铁线30，在它左侧波长为4878.22较这两条线暗的是铁线29，V8的出现位置就在27、28与29之间。
因为一般合金钢很少有含钒量大于0.60%的，所以该组的谱线虽然比钒一组清晰可辩，但却很少用它。
钒一组
钒二组
分析标志（3）
元素含量范围
V%
强度评定（元素线编号-铁基线编号）
一组
二组
0.15
V1=1
0.3
V2=1
0.5
V4=1
0.8
V8=29
1.5
V8=28
2.5
V8=27
注:
严格掌握预燃时间,时间过长谱线强度将减弱,时间过短有氧化皮时谱线亮度增强.
4）镍的分析
镍的谱线在可见光谱区域内无适当的灵敏线，并且谱线的强度随含量变化也不够明显。
但激发条件对镍的测定有较大的影响，比如预燃时间是否正确，其他合金元素的干扰等，镍线还有闪烁现象，铬元素会降低镍的灵敏性，Ni3线与铁线重合，等等都造成了对镍的测定的困难。
分析镍的线组有三组，镍一组在蓝色区域，测定含量范围0.05-4.5（波长4747.42-4721.00A）,该组有两条镍线Ni1和Ni2，为了在较难辨认的区域中找到它们，宜采用无合金元素的钢样先找到Mn1及铁线14、16三条亮线后，往左隔一段空野可看见一组谱线，在它们中间找到最高的一条铁线9，在它的右边就是Ni1和Ni2，两条线较靠近，Ni2的亮度大于Ni1。
当镍含量小于0.5时，镍线闪烁且不够明显，应注意掌握预燃时间。
镍二组在绿色区域，测定含量范围1.30-24.00（波长5029.62-5049.83A）,该组的测定范围较大特征也较明显，在绿色区域末端（同一视场可见黄绿色谱线区）可找到两组双线，左侧一组非常靠近，相隔一段空野区右铡双线间距较左侧大，它们是铁线43、44及45、46，43、44的左侧就是Ni3线（43到Ni3线距离略大于44到45线距离），当镍含量小于0.5钛含量大于0.05时，不宜分析镍。
镍一组
镍二组
分析标志（4）
元素含量范围
Ni%
强度评定（元素线编号-铁基线编号）
一组
二组
三组
四组
0.5
Ni1<9
1
Ni3=84
1.7
Ni3=83
Ni5>98
3
Ni4=89
5
Ni4=84
9
Ni4=87
15
Ni3=88
注:
Ni1（4714.42A°）与Fe4714.07A°重合,当含量<0.5%时,该线闪烁不明显。
试件含Cr时降低Ni线的灵敏度。
Ni3与Ti5037.75A°重合,含镍量小于0.5%含钛量大于0.05%时不宜分析Ni。
5）钨的分析
分析钨的谱线按所在谱线色区及含量范围主要有二组，钨一组在绿色区域（波长区间
5049.83-5054.61A），该组有两条钨线W2、W3含量范围1.00-20.00%，该组特征线查找同镍二组（43、44的左侧就是Ni3线），在该区域找到44、45铁线在其右侧可看到W2、W3线，在含量小于1时较难辨别，因此我们要掌握钨二组的分析方法。
钨二组在蓝色区域，该组有一条钨线W1，我们可先借助于钒二组找到27、28线后向左稍亮的一条铁线是26线（波长4860.00A），在26线的左侧是W1线，它距26线的间距大约是W1至左侧铁谱线（因未编号在附图中作了标记）距离的1/2。
分析标志（5）
元素含量范围
W%
强度评定（元素线编号-铁基线编号）
一组
二组
三组
四组
1
W2<44
W1=19
1.5
W2=43
2.5
W1=21
3
W2=46
6.5
W2=45
13
W3=46
25
W3=45
注：
分析钨的同时铬含量高时，铬谱线较多将改变谱线图。
注意避免混淆，宜采用W1组评定。
W3（5054.61A°）与Fe5054.65A°很近评定时注意.
钨一组
钨二组
6）钛的分析
目前利用光谱分析手段只能分析较低含量的钛，可用于钛的分析组只有一个，在蓝色区域（波长区间494.13-5002.81A）分析含量范围为0.06~0.12%,该区域有一束具有线体模糊亮度偏暗的特征线（37线），而Ti2线与该束线左侧最前端一线几乎重合，因钛线有闪耀和消失现象，要强调的是一定要保证一分钟的预燃时间，用于半定量分析的Ti3在37线的右侧，该线左右均有不太明亮的铁线，在分析时最好能与不含钛的试件对比分析以确认该线Ti3准确位置。
钛一组
分析标志（6）
元素含量范围
Ti%
强度评定（元素线编号-铁基线编号）
一组
二组
二组
三组
0.06
Ti3=Fe（4988.96A°）
0.08
Ti3>Fe（4988.96A°）
0.1
Ti3=37
0.3
Ti3=39
0.8
Ti3=41
注:
目前只能分析较低含钛量，应注意钛线时有时消失现象。
7）锰的分析
分析锰的谱线按所在谱线色区及含量范围主要有二组，锰一组在紫色区域（波长区间4739.11-4789.65A）分析含量范围为0.10~5.00%，该组有7条锰线分别是Mn1~Mn7，其中Mn3Mn4、Mn5Mn6波长相近几乎重合，因为在紫色区域又没有较明显的特征线，而钢中一般均含有锰元素，因此建议初学者最好能借助于标准试样或纯铁试样对比后确认该组各条锰线的位置
锰一组
分析标志（7）
元素含量范围
Mn%
强度评定（元素线编号-铁基线编号）
一组
二组
三组
四组
0.15
7=19
0.3
10=98
0.5
4=21
0.7
4=9
9=98
1
6=21
1.3
2=16
11=96
2
4=16
4
1=21
5
1=9
12
1=16
注:
当含有大量铬和钨时，因较多的铬和钨的附属线引起了谱线图的改变，应注意谱线波长以免混淆。
含铬量大于3%或锰含量较高时采用Mn2组进行分析评定。
表一：
分析条件
元素
符号
组
号
元素线编号
光源
电极
mm
极距
mm
预燃
时间
（s）
元素谱线波长
。
范围A
铁基线波长
。
范围A
Cr
1
Cr2Cr3Cr4
电弧
纯铜圆盘
1.5
10
5204.52~
5208.44
5204.52~
5208.44
2
Cr5Cr6
电弧
纯铜圆盘
1.5
10
5345.8~
5348.32
5345.8~
5348.32
3
Cr7
电弧
纯铜圆盘
1.5
15
5409.79
5409.79
4
Cr1
电弧
纯铜圆盘
1.5
10
4922.3
4922.3
Mo
1
Mo2Mo3Mo4
电弧
纯铜圆盘
2
40
5533.05~
5570.5
5533.05~
5570.5
2
Mo5
电弧
纯铜圆盘
2
40
6030.7
6030.7
W
1
W2W3
电弧
纯铜圆盘
2
40
5053.3~5054.61
5051.6
5049.8
2
W1
电弧
纯铜圆盘
2
40
4843.8
4786.8
4769.65
V
1
V1V2V4
电弧
纯铜圆盘
2
20~30
4379.24~
4395.2
4375.9
2
V8
电弧
纯铜圆盘
2
20~30
4875.5
4871.33~
4878.22
Ni
1
Ni1
电弧
纯铜圆盘
2
40
4714.42
4709.1~
4721
2
Ni3
电弧
纯铜圆盘
2
40
5035.4
5029.62~
5049.83
3
Ni4
电弧
纯铜圆盘
2
40
5080.52
5079.245079.75
Ti
1
Ti3
电弧
纯铜圆盘
2
60
4999.5
4988.96~
5002.8
Mn
1
Mn1~Mn7
电弧
纯铜圆盘
2
17
4739~
4783.5
4736.78~
4786.8
2
Mn9~Mn11
电弧
纯铜圆盘
2
17
6013.5~
6021.8
6013.5~
6020.18
铬的分析标志
元素含量范围
Cr%
强度评定（元素线编号-铁基线编号）
一组
（绿色区域）
二组
（黄绿色区域）
三组
（黄绿色区域）
四组
（蓝色区域）
0.05
Cr2=65
0.1
Cr2=67Cr3≤66
0.2
Cr2=66
0.3
Cr5=71
0.7
Cr6=71
1
Cr5=72
Cr7=76
1.5
Cr5=76Cr5>72
2
Cr5=73
2.5
Cr6=72
Cr7=77
3
Cr6=76
4
Cr5=70Cr6=73
Cr7=75
5
Cr5=77
7
Cr5=75
10
Cr5=74Cr6=70
12.5
Cr6=77
15
Cr6=75
Cr1=31
25
Cr6=74
Cr1<32
30
Cr1=32
注:
Cr2Cr4分别与铁基线重合，铬的最灵敏线是Cr3采用各分析组配合注意对比，最好用标样进行对照。
钼的分析标志
元素含量范围
Mo%
强度评定（元素线编号-铁基线编号）
一组
二组
0.05
Mo3=89
0.1
Mo3=84
0.2
Mo3=83
Mo5>98
0.4
Mo4=89
0.5
Mo4=84
0.6
Mo4=87
0.8
Mo3=88
1.5
Mo4=88
3
Mo3=88
8
Mo3=90
注：
谱线有周期性的闪烁现象,经预燃采取闪烁之瞬间进行半定量比较.
钒的分析标志
元素含量范围
V%
强度评定（元素线编号-铁基线编号）
一组
二组
0.15
V1=1
0.3
V2=1
0.5
V4=1
0.8
V8=29
1.5
V8=28
2.5
V8=27
注:
严格掌握预燃时间,时间过长谱线强度将减弱,时间过短有氧化皮时谱线亮度增强.
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