摘要 给出了一种ARL3520型电感耦合等离子体光谱仪的技术改造方法。在“光栅摄谱仪升级改造技术”的基础上,结合该仪器的具体特点,对仪器光源进行了检修和局部改造;用现代通用型计算机取代原有的专用计算机,设计了光电测量控制电路;开发基于Windows操作平台的ICP实时分析软件技术。阐述了新编写研制的软件、硬件接口电路的结构及特点,并给出了仪器改造后的性能指标。
1 前 言
ARL3520型仪器是80年代初期产品,是当时功能最全、智能化程度最高的分析仪器之一。仪器使用数年后,不断出现故障,ICP光源不能正常工作,国外曾多次派人前来修理,均未解决问题,仪器已停机多年待修。
该光谱仪的计算机控制系统由PDP11/23,In-tel8088,Motorola6800计算机系统组成。光谱仪整体结构复杂。仪器的分光系统、机械部件保持良好,尚可使用。基于此状况,我们对仪器的修复改造采取了以下措施:对ICP光源进行全面检修和局部改造;由一台通用微机通过接口板直接控制原来的顺序扫描驱动电路和执行部件;重新开发设计了光电测量系统;在Windows95下重新开发了可视化实时分析软件。此仪器的改造工作是在黄仕永教授、林兴源研究员技术指导下完成的。
2 修复改造技术简介
2·1 光源部分
对光源进行了全面检修和调整,对其电路进行局部改造,可达到ICP一次点火成功。利用谱线Ar706.722nm在加载气的情况下测试谱线强度,连续10次,计算相对标准偏差为0.4%。
2·2 硬件改造
此部分主要包括:波长扫描系统接口电路,光电测量系统电路。
2·2·1 波长扫描系统接口电路
系统接口电路由一块48位数I/O通道及3个16位的定时计数器的接口板组成。此仪器的光栅位置固定,是通过移动入射狭缝和光电倍增管位置来进行谱线扫描和测量,因此波长扫控制的重点是精确控制步进电机的重复扫描。由
于机加工等原因,步进电机在运行中总会出现偏差,需采用闭环控制技术进行校正。
2·2·2 光电测量系统电路
系统电路的前置放大级采用积分电路,其中的运算放大器选用高阻抗、低噪声、低漂移、高增益的放大器;积分电容选用精密度高,漏电流小的聚苯乙烯电容器。
2·2·3 改造后仪器自动控制系统方框图(图1)
2·3 软件编程
实时分析软件界面用VB5.0编写;实时控制、数据采集和数据处理等部分用汇编语言和Borland C++编写,并以动态链接库(DLL)的形式供主程序调用,实现了在Windows 95多任务环境下对硬件的访问。软件功能由分析任务,样品,空白,方法研究,性能监测,标准加入法,报告打印,在线帮助等功能模块组成,可以方便地进行分析测试。
3 仪器修复改造前后性能比较
3·1 RF发生器修复前后的性能比较
3·2 改造后仪器分析检出限,RSD接近原仪器出厂时和到货时的实测指标。
3·3 仪器改造前后RSD对照
3·4 改造后仪器长期稳定性
利用Al,Zn,Cu,Co混合标准溶液(各个元素浓度均为10(g/ml)进行试验,对每个波长从短波到长波顺序扫描测试2组,每组10次,每组时间30分钟,计算元素浓度的相对标准偏差。测试结果如下:
4 结语
ARL3520型ICP光谱仪的修复改造技术是成功的。原ICP光源不能点燃ICP火炬,使测试工作无法进行,经检修、调试、改造部分电路后,高频发生器工作参数达到原出厂测试数据指标;改造仪器的硬件和软件部分均应用了一些高新技术,保证了各项指标达到了原仪器出厂时的技术指标,并在整体上提高了原仪器的性能,通过了用户的验收。
致谢:北京矿冶研究总院符斌主任,宋国泰高级工程师,冯先俊高级工程师,在ARL3520改造期间给予大力协助,在此表示谢意。
参考文献
[1] 一米、二米光栅摄谱仪改造升级技术研制报告,北京:北京地矿科技开发中心实验技术部,1998
本文作者：徐定华 孙荣霞 付本亮 王永青 叶 磊 付春久 田 地
