光譜分析在金屬材料現場快速理化分析中的應用

王忠舉

本鋼板材檢化驗中心 遼寧 本溪 117000

在加工制造業持續發展的背景下,生產過程對于金屬材料的需求量越來越大,品質要求也越來越高,為了提升產品質量和工作效率,有必要針對金屬材料的檢測設備進行優化。為了保障金屬材料質量的良好,有必要針對金屬材料開展科學合理的理化分析工作,在現場快速理化分析工作之中,光譜分析法為一項良好的技術保障,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成分（進而區分牌號）,也就更有利于工業生產過程對金屬材料進行合理應用,從而提升生產效果和降低事故的發生率。

一、理化分析及方法

物理化學分析屬于一種系統的分析方法,以對物質的物理性質進行測量為基礎,相對于化學分析法來說,物理化學分析也可以被稱為“物理分析法”或是“物理化學分析法”,此類方法主要針對聲、光、熱、電、磁一類的物理量進行分析,因為在開展分析工作的過程中必須應用相應的儀器,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“化學分析”,物理分析是直接對物質材料進行檢驗和分析,以獲取物質材料發生物理變化的數據,該方法主要在金屬方面進行應用。化學分析則需針對物質發生的化學反應進行分析,該分析方式具有悠久的歷史,也可被稱為“經典分析法”,其中能夠體現出“絕對定量”特征,分析對象包括:（1）樣品量;（2）反應物量;（3）試劑消耗量與反應化學計量之間的關聯性。通過對其進行合理計算。可以獲取待測組分量[1]。

上述內容已經明確,儀器分析在現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的狀態中,發射出具有特征的光譜,并根據此對金屬所具有的化學成分以及相應的含量進行確定,一般需要借助激光或是電弧一類的能源對試樣進行激發,以促使被檢測的元素可以盡快發出具有特征的光譜,針對光譜進行分析,可應用的方法包括原子發射、X射線等多種光譜分析法。

（一）原子發射光譜分析法

在電激發狀態下,或是熱激發狀態下,不同元素原子所具有的能級結構各不相同,所以被激發之后能夠發射出的譜線具有不同的特征,根據此,應用原子發射光譜分析法即可對樣品的成份進行分析,根椐特征譜線的不同,可以判定其所含元素,根椐特征譜線的強度來定量分析無素的含量,例如應用ARL-4460直讀光譜儀結合原子發射光譜分析法,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,原子發射光譜分析法具有以下幾個方面的特點;（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,具有穩定性良好的優點,同時分析精度相對較高;（3）如果氬氣的純度不符合相關標準,能夠導致檢測結果出現較大的偏差;（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行應用[2]。

（二）X射線熒光光譜分析法

在對X線熒光光譜儀進行應用的過程中,其中的激發源為X線管,將激發源與探測系統共同進行應用,即能夠形成X線熒光光譜儀。在X射線管對被測樣品進行激發時,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的波長特性或是能量特性,對二次X射線的數量以及能量進行系統測量之后,使用儀器軟件對在此過程中收集到的信息進行轉換,以明確樣品中包含元素的不同種類以及含量,例如應用X-Met7500手持式光譜儀對X射線熒光光譜分析方法進行實施,即能夠體現出以下特點;（1）在應用Rh靶射線管時,應在同時對高計數率規漂移探測器進行應用;（2）X-Met7500手持式光譜儀對樣品進行分析的速度較快,且準確性較高,一般僅需1到3秒的時間,即能夠對金屬牌號進行準確鑒定;（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雜的試樣進行測量和分析;（4）測量過程中不會產生破壞性。

三、現場快速理化分析中光譜分析方法的應用

在分析儀器針對金屬材料開展現場快速檢測工作中,ARL-4460臺式直讀光譜儀以及X-Met7500手持式光譜儀,二者因為具有分析快捷的特點,同時樣品分析效率較高,現場與實驗室檢測搭配合理的檢測在理化分析工作中已經得到了廣泛應用。通過對儀器分析在現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）進行采購的材質不符合設計要求;（2）采用劣質材料替代優質材料,或是存在誤用材料的情況,例如在應該使用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成分嚴重不一的情況[3]。

并且,因為X-Met7500手持式光譜儀的應用過程較為便捷,所以特別適合在材料牌號識別工作中進行應用,并能夠對自身檢測效率較高的特點進行充分發揮。但是應用該光譜儀,不能直接對C含量進行測量,在對原子序數相對較低的元素進行測量時,也易出現誤差,所以從整體上來看,手持式光譜儀在實際應用的過程中,仍存在一定的局限性。而應用ARL-4460臺式直讀光譜儀,采用電火花激發的形式,可以對原子序數相對較低的元素含量進行測量,也就更有利于材料精確定量的分析工作得到優化[4]。

四、光譜儀的常見故障和維護方法

以ARL-4460直讀光譜儀為例,在對其進行實際應用的過程中,易出現的故障以及相應的維護措施主要如下:（1）未能對試樣進行完全激發,或是試樣被激發后呈現出白色,此時應對氬氣進行更換,保障氬氣純度與相關標準相符合;（2）未對樣品進行完全激發,導致C元素檢測值在實際值以上,需要對多方面的干擾因素進行排除,之后可以認為,該情況出現的原因在于環境溫度高于標準溫度,此時應采用開空調等方式,對工作環境內的溫度進行調解,并使環境溫度保持在恒定狀態,以能夠為樣品的檢測工作提供良好的條件;（3）起弧效果不佳,此時需要對電極進行清理,或是對火花室進行清理。

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

結束語

根據上文,針對金屬材料開展現場快速理化檢驗工作的過程中,各項操作以及操作標準均應完全與相關法律法規以及標準要求相符合,保障各方面材料均處于正確使用的狀態。并且,在對光譜儀進行應用的過程中,其可以對金屬材料的質量等進行準確判斷,所以已經成為當前開展金屬材料現場快速理化檢驗工作中的重要手段,但是在對其進行應用的過程中,還需嚴格遵守各注意事項,以保障工作質量。