光谱分析在金属材料现场快速理化分析中的应用

王忠举

本钢板材检化验中心 辽宁 本溪 117000

在加工制造业持续发展的背景下,生产过程对于金属材料的需求量越来越大,品质要求也越来越高,为了提升产品质量和工作效率,有必要针对金属材料的检测设备进行优化。为了保障金属材料质量的良好,有必要针对金属材料开展科学合理的理化分析工作,在现场快速理化分析工作之中,光谱分析法为一项良好的技术保障,可以采用定性以及定量分析的方式,识别金属材料中的化学成分（进而区分牌号）,也就更有利于工业生产过程对金属材料进行合理应用,从而提升生产效果和降低事故的发生率。

一、理化分析及方法

物理化学分析属于一种系统的分析方法,以对物质的物理性质进行测量为基础,相对于化学分析法来说,物理化学分析也可以被称为“物理分析法”或是“物理化学分析法”,此类方法主要针对声、光、热、电、磁一类的物理量进行分析,因为在开展分析工作的过程中必须应用相应的仪器,所以也被称为仪器分析。其中主要包括两个方面,分别是“物理分析”和“化学分析”,物理分析是直接对物质材料进行检验和分析,以获取物质材料发生物理变化的数据,该方法主要在金属方面进行应用。化学分析则需针对物质发生的化学反应进行分析,该分析方式具有悠久的历史,也可被称为“经典分析法”,其中能够体现出“绝对定量”特征,分析对象包括:（1）样品量;（2）反应物量;（3）试剂消耗量与反应化学计量之间的关联性。通过对其进行合理计算。可以获取待测组分量[1]。

上述内容已经明确,仪器分析在现场快速理化分析法之中,更适合针对金属成份方面开展分析工作,分析仪器在现场快速理化分析之中主要包括两大类方法,分别为直读光谱分析和X射线荧光光谱分析。

二、光谱分析的原理及类型

开展光谱分析工作,也就是与分子或是原子在被激发的状态中,发射出具有特征的光谱,并根据此对金属所具有的化学成分以及相应的含量进行确定,一般需要借助激光或是电弧一类的能源对试样进行激发,以促使被检测的元素可以尽快发出具有特征的光谱,针对光谱进行分析,可应用的方法包括原子发射、X射线等多种光谱分析法。

（一）原子发射光谱分析法

在电激发状态下,或是热激发状态下,不同元素原子所具有的能级结构各不相同,所以被激发之后能够发射出的谱线具有不同的特征,根据此,应用原子发射光谱分析法即可对样品的成份进行分析,根椐特征谱线的不同,可以判定其所含元素,根椐特征谱线的强度来定量分析无素的含量,例如应用ARL-4460直读光谱仪结合原子发射光谱分析法,即可针对多种金属元素或是非金属元素开展定量分析工作以及合金牌号的鉴定工作等。从总体上来看,原子发射光谱分析法具有以下几个方面的特点;（1）可同时开展多种元素的检测工作,且其中可以包含非金属的元素;（2）分析工作的检出限低,具有稳定性良好的优点,同时分析精度相对较高;（3）如果氩气的纯度不符合相关标准,能够导致检测结果出现较大的偏差;（4）针对试样表面提出了较高的要求,需要成分于表面上具有较高的均匀性,且不适合在直径相对较小的试样中进行应用[2]。

（二）X射线荧光光谱分析法

在对X线荧光光谱仪进行应用的过程中,其中的激发源为X线管,将激发源与探测系统共同进行应用,即能够形成X线荧光光谱仪。在X射线管对被测样品进行激发时,样品中的各种元素均可放射出不同的二次X射线,并且元素不同,能够放射出的射线也就各不相同,各个射线均具有其相应的波长特性或是能量特性,对二次X射线的数量以及能量进行系统测量之后,使用仪器软件对在此过程中收集到的信息进行转换,以明确样品中包含元素的不同种类以及含量,例如应用X-Met7500手持式光谱仪对X射线荧光光谱分析方法进行实施,即能够体现出以下特点;（1）在应用Rh靶射线管时,应在同时对高计数率规漂移探测器进行应用;（2）X-Met7500手持式光谱仪对样品进行分析的速度较快,且准确性较高,一般仅需1到3秒的时间,即能够对金属牌号进行准确鉴定;（3）X-Met7500手持式光谱仪的重量较轻,携带便捷,且能够更加轻松的对形状复杂的试样进行测量和分析;（4）测量过程中不会产生破坏性。

三、现场快速理化分析中光谱分析方法的应用

在分析仪器针对金属材料开展现场快速检测工作中,ARL-4460台式直读光谱仪以及X-Met7500手持式光谱仪,二者因为具有分析快捷的特点,同时样品分析效率较高,现场与实验室检测搭配合理的检测在理化分析工作中已经得到了广泛应用。通过对仪器分析在现场快速理化检测工作中的分析后,可以了解到,在金属材料理化方面,主要存在以下4个方面的问题:（1）进行采购的材质不符合设计要求;（2）采用劣质材料替代优质材料,或是存在误用材料的情况,例如在应该使用304 L材料的情况下,使用了304材料;（3）在部分金属材料之中,存在主控元素含量过低的情况;（4）处于不同位置的同一元件存在化学成分严重不一的情况[3]。

并且,因为X-Met7500手持式光谱仪的应用过程较为便捷,所以特别适合在材料牌号识别工作中进行应用,并能够对自身检测效率较高的特点进行充分发挥。但是应用该光谱仪,不能直接对C含量进行测量,在对原子序数相对较低的元素进行测量时,也易出现误差,所以从整体上来看,手持式光谱仪在实际应用的过程中,仍存在一定的局限性。而应用ARL-4460台式直读光谱仪,采用电火花激发的形式,可以对原子序数相对较低的元素含量进行测量,也就更有利于材料精确定量的分析工作得到优化[4]。

四、光谱仪的常见故障和维护方法

以ARL-4460直读光谱仪为例,在对其进行实际应用的过程中,易出现的故障以及相应的维护措施主要如下:（1）未能对试样进行完全激发,或是试样被激发后呈现出白色,此时应对氩气进行更换,保障氩气纯度与相关标准相符合;（2）未对样品进行完全激发,导致C元素检测值在实际值以上,需要对多方面的干扰因素进行排除,之后可以认为,该情况出现的原因在于环境温度高于标准温度,此时应采用开空调等方式,对工作环境内的温度进行调解,并使环境温度保持在恒定状态,以能够为样品的检测工作提供良好的条件;（3）起弧效果不佳,此时需要对电极进行清理,或是对火花室进行清理。

在对光谱仪进行常规使用之前,首先对其中的氩气纯度进行核查,并判断有无漏气现象,确认激发斑点处于正常状态,且在对火花室实施清理工作时,应先关闭氩气,之后再开展清理操作。在对电极进行清理时,应注意观察电极的尖部光滑与否,并根据实际状态,采用相应的工具,对电极头部进行合理清理。一般情况下,每次激发实施1次清理工作。在使用磨光机开展抛光工作时,应保证砂纸样盘平稳,企业针对不同的基体,应适当更换砂纸,以避免出现基体之间相互污染的情况。另外,在对其他各部位进行清洁处理的过程中,应避免酒精与进光口进行接触,也就有利于避免窗口及镜子发生损坏,且应定期针对氩气塑料管进行合理维护,使用镜头纸、酒精等材料对火花台、石英窗进行清理以及更换电极[5]。

结束语

根据上文,针对金属材料开展现场快速理化检验工作的过程中,各项操作以及操作标准均应完全与相关法律法规以及标准要求相符合,保障各方面材料均处于正确使用的状态。并且,在对光谱仪进行应用的过程中,其可以对金属材料的质量等进行准确判断,所以已经成为当前开展金属材料现场快速理化检验工作中的重要手段,但是在对其进行应用的过程中,还需严格遵守各注意事项,以保障工作质量。