直讀光譜儀，又稱光電直讀光譜儀，稱為直讀的原因是相對(duì)于攝譜儀和早期的發(fā)射光譜儀而言，是由光電檢測器(如光電倍增管)代替了眼睛和感光板。由于在20世紀(jì)70年代以前計(jì)算機(jī)技術(shù)還沒有得到應(yīng)用，所有的光電轉(zhuǎn)換出來的電信號(hào)都用數(shù)碼管讀數(shù)，然后在對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換紙上繪出曲線并求出含量值。計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于光譜儀后，數(shù)據(jù)的處理大多由計(jì)算機(jī)完成，可以直接計(jì)算出含量，所以比較形象地稱之為“直接可以讀出結(jié)果”，簡稱為直讀光潛儀，這個(gè)名稱一直沿用至今。在國外沒有“直讀”這個(gè)概念，這從各個(gè)國外品牌的儀器的英文名稱可以看出，Thermo ARL公司的直讀光譜儀稱為(Spark) Optical emission，Ametek Spectro公司的直讀光譜儀稱為Metal analyzres，OBLF公司的直讀光譜儀稱為Spark spectrometry (Spark OES)，Oxford Instrumnets公司的直讀光譜儀稱為Optcal emission spectroscopy(OES)，Shimadzu公司的直瀆光譜儀稱為Optical emission spectrometers等。
一、發(fā)展簡史和進(jìn)展
最早的直讀光譜儀產(chǎn)生在第二次世界大戰(zhàn)末期，戰(zhàn)爭中建造了大量的飛機(jī)，而飛機(jī)用特殊鋼、鋁鎂合金等金屬材料的濕法檢測工作的繁瑣分析，迫使一些人著手于研究多條光譜線同時(shí)測定的光譜儀，并于1944年美國應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室(ARL)研制成第一臺(tái)光電直讀光譜儀的樣機(jī)，1956年該公司直讀光譜儀中使用真空技術(shù)，可同時(shí)測定金屬元素和C、P、S等非金屬元素。隨著計(jì)算機(jī)、電子技術(shù)的發(fā)展，到20世紀(jì)70年代直讀光譜儀幾乎100％采用計(jì)算機(jī)控制，這不僅提高了分析精度和速度，而且對(duì)分析結(jié)果的數(shù)據(jù)處理和分析過程控制實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。80年代后期，以美國BAIRD公司為代表的國外多個(gè)公司的光電直讀光譜儀相繼進(jìn)入我國的分析儀器市場。
20世紀(jì)90年代初，冶金系統(tǒng)已成功用上全自動(dòng)直讀光譜儀。所謂全自動(dòng)，是將光譜儀及其附屬設(shè)備，如切樣機(jī)、磨樣機(jī)、機(jī)械手等安裝在同一個(gè)大箱子內(nèi)，組成一個(gè)移動(dòng)式光譜實(shí)驗(yàn)室。此種全自動(dòng)光譜儀多放置在煉鋼爐旁。工作時(shí)，只需人工將樣品置于一個(gè)專用窗口的抽屜內(nèi)。以后的全部分析過程無需人工干預(yù)，全由計(jì)算機(jī)的預(yù)定程序自動(dòng)完成。
目前商品化的儀器主要是固定多道式光電直讀光譜儀，一般采用高刻線的光柵或中階梯光柵與棱鏡交叉色散兩種方法來提高儀器的色散率及分辨率。進(jìn)入2l世紀(jì)以來儀器的數(shù)字控制技術(shù)已取代模擬控制技術(shù)，固體檢測器(如CCD、CID)有取代PMT的趨勢也越來越明顯，使儀器向小型化、精密化發(fā)展。
二、分類
直讀光譜儀按照不同系統(tǒng)的不同特征可以有多種劃分方法：按樣品的激發(fā)方式儀器可以分為電火花、電弧和輝光放電三種類型，應(yīng)用較為廣泛的是電火花光源的儀器，本章僅介紹這類儀器；按檢測器的種類，可以分為光電倍增管(PMT)和固體檢測器；根據(jù)使用波長的范圍不同，町分為真空型和非真空型直讀光譜儀；根據(jù)儀器結(jié)構(gòu)的不同，又可分為同時(shí)型多道直讀光譜儀和掃描型單道直讀光譜儀；按儀器的大小可以分為固定式和便攜式等。
三、特點(diǎn)
直讀光譜儀具有以下特點(diǎn)。
① 自動(dòng)化程度高、選擇性好、操作簡單、分析速度快，可同時(shí)進(jìn)行多元素定量分析。從爐中取的樣品只要打磨掉表面氧化層，固體樣品即可放在樣品臺(tái)上激發(fā)，免去了化學(xué)分析鉆取試樣的麻煩。對(duì)于鋁及銅、鋅等有色金屬樣品而言，可用小車床車銑去表面氧化層即可。從預(yù)燃樣品到得到最終的分析結(jié)果僅需20～30s，速度非常快，有利于冶煉控制，降低成本。特別是對(duì)那些容易燒損的元素，更便于控制其最后的成分。樣品中所有分析元素(幾個(gè)甚至十幾個(gè))可以一次同時(shí)分析出來。
② 元素測試范圍寬。由于PMT或半導(dǎo)體檢測器對(duì)信號(hào)的放大能力很強(qiáng)，對(duì)于強(qiáng)度不同的譜線可以選用不同的放大倍率的PMT或固體檢測器(在使用不同譜線的情況下相差4個(gè)數(shù)量級(jí)，比如普碳鋼中的鉻含量一般為萬分之一水平，而不銹鋼中的鉻含量在l0％以上)。因此可以采用同一分析條件對(duì)樣品中含量相差懸殊的很多元素從高含量到痕量可同時(shí)進(jìn)行測定。
③ 分析精度高，能有效控制產(chǎn)品的化學(xué)成分，可將昂貴的合金成分控制到產(chǎn)品規(guī)格的中下限，以節(jié)省相應(yīng)合金的消耗。
④ 檢測限低。直讀光譜法的靈敏度與光源性質(zhì)、儀器狀態(tài)、試樣組成及元素性質(zhì)等均有關(guān)。一般對(duì)固體金屬、合金采用火花源時(shí)，檢出限可達(dá)0．1～10μg／g，對(duì)C、S、P等非金屬元素也具有較好的檢出限。
⑤ 在某些條件下，可測定元素的存在方式，如測定鋼鐵中酸溶鋁、酸不溶鋁等。
⑥ 測量范圍廣，幾乎所有金屬材料都可以檢測，柃測的基體有鐵基、鋁基、銅基、鎳基、鈷基、鈦基、鎂基、鋅基、鉛基、錫基、金基、銀基、鉑基、鈀基、釕基等。
不足之處在于，直讀光譜分析仍是一種相對(duì)的分析方法，試樣組成、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、激發(fā)條件等難以完全控制，一般需用一套基體成分基本相同的標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行匹配，有些情況下標(biāo)準(zhǔn)樣品的獲得幾乎是不可能的，因此使直讀的分析應(yīng)用受到一定限制；對(duì)元素的價(jià)態(tài)測量無能為力，有待于與其它分析方法配用；它是一種表面分析儀器，僅能分析金屬表面1mm以內(nèi)的樣品，適合于均相樣品檢測對(duì)元素含量分布不均的樣品(如偏析)，若需得到能夠代表樣品的檢測結(jié)果只能在樣品的前處理方面變通，比方說樣品鉆屑后在保護(hù)氣氛下重新熔融制成均勻性試樣等，往往用在樣品前處理上的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于檢測的時(shí)間。因?yàn)橛猩鲜鲆恍┤秉c(diǎn)，在大多數(shù)情況下它不是一種仲裁分析方法，一旦貿(mào)易雙方對(duì)貨物的品質(zhì)有疑義，需要采取其它方法來獲得最終的結(jié)果。
但是，從技術(shù)角度來看直讀光譜分析，可以說至今還沒有比它能更有效地用于爐前快速分析的儀器，所以世界上冶煉、鑄造以及其它金屬加工企業(yè)均大量采用這類儀器，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高經(jīng)濟(jì)效益。
直讀光譜儀廣泛應(yīng)用于鑄造、鋼鐵、金屬回收和冶煉、軍工、航天航空、電力、化工、高等院校、質(zhì)檢等材料分析單位。
