光譜分析在金屬材料現(xiàn)場快速理化分析中的應(yīng)用

王忠舉

本鋼板材檢化驗(yàn)中心 遼寧 本溪 117000

在加工制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的背景下,生產(chǎn)過程對于金屬材料的需求量越來越大,品質(zhì)要求也越來越高,為了提升產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率,有必要針對金屬材料的檢測設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化。為了保障金屬材料質(zhì)量的良好,有必要針對金屬材料開展科學(xué)合理的理化分析工作,在現(xiàn)場快速理化分析工作之中,光譜分析法為一項(xiàng)良好的技術(shù)保障,可以采用定性以及定量分析的方式,識別金屬材料中的化學(xué)成分（進(jìn)而區(qū)分牌號）,也就更有利于工業(yè)生產(chǎn)過程對金屬材料進(jìn)行合理應(yīng)用,從而提升生產(chǎn)效果和降低事故的發(fā)生率。

一、理化分析及方法

物理化學(xué)分析屬于一種系統(tǒng)的分析方法,以對物質(zhì)的物理性質(zhì)進(jìn)行測量為基礎(chǔ),相對于化學(xué)分析法來說,物理化學(xué)分析也可以被稱為“物理分析法”或是“物理化學(xué)分析法”,此類方法主要針對聲、光、熱、電、磁一類的物理量進(jìn)行分析,因?yàn)樵陂_展分析工作的過程中必須應(yīng)用相應(yīng)的儀器,所以也被稱為儀器分析。其中主要包括兩個方面,分別是“物理分析”和“化學(xué)分析”,物理分析是直接對物質(zhì)材料進(jìn)行檢驗(yàn)和分析,以獲取物質(zhì)材料發(fā)生物理變化的數(shù)據(jù),該方法主要在金屬方面進(jìn)行應(yīng)用?；瘜W(xué)分析則需針對物質(zhì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分析,該分析方式具有悠久的歷史,也可被稱為“經(jīng)典分析法”,其中能夠體現(xiàn)出“絕對定量”特征,分析對象包括:（1）樣品量;（2）反應(yīng)物量;（3）試劑消耗量與反應(yīng)化學(xué)計量之間的關(guān)聯(lián)性。通過對其進(jìn)行合理計算?？梢垣@取待測組分量[1]。

上述內(nèi)容已經(jīng)明確,儀器分析在現(xiàn)場快速理化分析法之中,更適合針對金屬成份方面開展分析工作,分析儀器在現(xiàn)場快速理化分析之中主要包括兩大類方法,分別為直讀光譜分析和X射線熒光光譜分析。

二、光譜分析的原理及類型

開展光譜分析工作,也就是與分子或是原子在被激發(fā)的狀態(tài)中,發(fā)射出具有特征的光譜,并根據(jù)此對金屬所具有的化學(xué)成分以及相應(yīng)的含量進(jìn)行確定,一般需要借助激光或是電弧一類的能源對試樣進(jìn)行激發(fā),以促使被檢測的元素可以盡快發(fā)出具有特征的光譜,針對光譜進(jìn)行分析,可應(yīng)用的方法包括原子發(fā)射、X射線等多種光譜分析法。

（一）原子發(fā)射光譜分析法

在電激發(fā)狀態(tài)下,或是熱激發(fā)狀態(tài)下,不同元素原子所具有的能級結(jié)構(gòu)各不相同,所以被激發(fā)之后能夠發(fā)射出的譜線具有不同的特征,根據(jù)此,應(yīng)用原子發(fā)射光譜分析法即可對樣品的成份進(jìn)行分析,根椐特征譜線的不同,可以判定其所含元素,根椐特征譜線的強(qiáng)度來定量分析無素的含量,例如應(yīng)用ARL-4460直讀光譜儀結(jié)合原子發(fā)射光譜分析法,即可針對多種金屬元素或是非金屬元素開展定量分析工作以及合金牌號的鑒定工作等。從總體上來看,原子發(fā)射光譜分析法具有以下幾個方面的特點(diǎn);（1）可同時開展多種元素的檢測工作,且其中可以包含非金屬的元素;（2）分析工作的檢出限低,具有穩(wěn)定性良好的優(yōu)點(diǎn),同時分析精度相對較高;（3）如果氬氣的純度不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),能夠?qū)е聶z測結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差;（4）針對試樣表面提出了較高的要求,需要成分于表面上具有較高的均勻性,且不適合在直徑相對較小的試樣中進(jìn)行應(yīng)用[2]。

（二）X射線熒光光譜分析法

在對X線熒光光譜儀進(jìn)行應(yīng)用的過程中,其中的激發(fā)源為X線管,將激發(fā)源與探測系統(tǒng)共同進(jìn)行應(yīng)用,即能夠形成X線熒光光譜儀。在X射線管對被測樣品進(jìn)行激發(fā)時,樣品中的各種元素均可放射出不同的二次X射線,并且元素不同,能夠放射出的射線也就各不相同,各個射線均具有其相應(yīng)的波長特性或是能量特性,對二次X射線的數(shù)量以及能量進(jìn)行系統(tǒng)測量之后,使用儀器軟件對在此過程中收集到的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以明確樣品中包含元素的不同種類以及含量,例如應(yīng)用X-Met7500手持式光譜儀對X射線熒光光譜分析方法進(jìn)行實(shí)施,即能夠體現(xiàn)出以下特點(diǎn);（1）在應(yīng)用Rh靶射線管時,應(yīng)在同時對高計數(shù)率規(guī)漂移探測器進(jìn)行應(yīng)用;（2）X-Met7500手持式光譜儀對樣品進(jìn)行分析的速度較快,且準(zhǔn)確性較高,一般僅需1到3秒的時間,即能夠?qū)饘倥铺栠M(jìn)行準(zhǔn)確鑒定;（3）X-Met7500手持式光譜儀的重量較輕,攜帶便捷,且能夠更加輕松的對形狀復(fù)雜的試樣進(jìn)行測量和分析;（4）測量過程中不會產(chǎn)生破壞性。

三、現(xiàn)場快速理化分析中光譜分析方法的應(yīng)用

在分析儀器針對金屬材料開展現(xiàn)場快速檢測工作中,ARL-4460臺式直讀光譜儀以及X-Met7500手持式光譜儀,二者因?yàn)榫哂蟹治隹旖莸奶攸c(diǎn),同時樣品分析效率較高,現(xiàn)場與實(shí)驗(yàn)室檢測搭配合理的檢測在理化分析工作中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。通過對儀器分析在現(xiàn)場快速理化檢測工作中的分析后,可以了解到,在金屬材料理化方面,主要存在以下4個方面的問題:（1）進(jìn)行采購的材質(zhì)不符合設(shè)計要求;（2）采用劣質(zhì)材料替代優(yōu)質(zhì)材料,或是存在誤用材料的情況,例如在應(yīng)該使用304 L材料的情況下,使用了304材料;（3）在部分金屬材料之中,存在主控元素含量過低的情況;（4）處于不同位置的同一元件存在化學(xué)成分嚴(yán)重不一的情況[3]。

并且,因?yàn)閄-Met7500手持式光譜儀的應(yīng)用過程較為便捷,所以特別適合在材料牌號識別工作中進(jìn)行應(yīng)用,并能夠?qū)ψ陨頇z測效率較高的特點(diǎn)進(jìn)行充分發(fā)揮。但是應(yīng)用該光譜儀,不能直接對C含量進(jìn)行測量,在對原子序數(shù)相對較低的元素進(jìn)行測量時,也易出現(xiàn)誤差,所以從整體上來看,手持式光譜儀在實(shí)際應(yīng)用的過程中,仍存在一定的局限性。而應(yīng)用ARL-4460臺式直讀光譜儀,采用電火花激發(fā)的形式,可以對原子序數(shù)相對較低的元素含量進(jìn)行測量,也就更有利于材料精確定量的分析工作得到優(yōu)化[4]。

四、光譜儀的常見故障和維護(hù)方法

以ARL-4460直讀光譜儀為例,在對其進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用的過程中,易出現(xiàn)的故障以及相應(yīng)的維護(hù)措施主要如下:（1）未能對試樣進(jìn)行完全激發(fā),或是試樣被激發(fā)后呈現(xiàn)出白色,此時應(yīng)對氬氣進(jìn)行更換,保障氬氣純度與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符合;（2）未對樣品進(jìn)行完全激發(fā),導(dǎo)致C元素檢測值在實(shí)際值以上,需要對多方面的干擾因素進(jìn)行排除,之后可以認(rèn)為,該情況出現(xiàn)的原因在于環(huán)境溫度高于標(biāo)準(zhǔn)溫度,此時應(yīng)采用開空調(diào)等方式,對工作環(huán)境內(nèi)的溫度進(jìn)行調(diào)解,并使環(huán)境溫度保持在恒定狀態(tài),以能夠?yàn)闃悠返臋z測工作提供良好的條件;（3）起弧效果不佳,此時需要對電極進(jìn)行清理,或是對火花室進(jìn)行清理。

在對光譜儀進(jìn)行常規(guī)使用之前,首先對其中的氬氣純度進(jìn)行核查,并判斷有無漏氣現(xiàn)象,確認(rèn)激發(fā)斑點(diǎn)處于正常狀態(tài),且在對火花室實(shí)施清理工作時,應(yīng)先關(guān)閉氬氣,之后再開展清理操作。在對電極進(jìn)行清理時,應(yīng)注意觀察電極的尖部光滑與否,并根據(jù)實(shí)際狀態(tài),采用相應(yīng)的工具,對電極頭部進(jìn)行合理清理。一般情況下,每次激發(fā)實(shí)施1次清理工作。在使用磨光機(jī)開展拋光工作時,應(yīng)保證砂紙樣盤平穩(wěn),企業(yè)針對不同的基體,應(yīng)適當(dāng)更換砂紙,以避免出現(xiàn)基體之間相互污染的情況。另外,在對其他各部位進(jìn)行清潔處理的過程中,應(yīng)避免酒精與進(jìn)光口進(jìn)行接觸,也就有利于避免窗口及鏡子發(fā)生損壞,且應(yīng)定期針對氬氣塑料管進(jìn)行合理維護(hù),使用鏡頭紙、酒精等材料對火花臺、石英窗進(jìn)行清理以及更換電極[5]。

結(jié)束語

根據(jù)上文,針對金屬材料開展現(xiàn)場快速理化檢驗(yàn)工作的過程中,各項(xiàng)操作以及操作標(biāo)準(zhǔn)均應(yīng)完全與相關(guān)法律法規(guī)以及標(biāo)準(zhǔn)要求相符合,保障各方面材料均處于正確使用的狀態(tài)。并且,在對光譜儀進(jìn)行應(yīng)用的過程中,其可以對金屬材料的質(zhì)量等進(jìn)行準(zhǔn)確判斷,所以已經(jīng)成為當(dāng)前開展金屬材料現(xiàn)場快速理化檢驗(yàn)工作中的重要手段,但是在對其進(jìn)行應(yīng)用的過程中,還需嚴(yán)格遵守各注意事項(xiàng),以保障工作質(zhì)量。