Коротко и понятно о спектрометрах.
Какое оборудование для анализа металлов выбрать?
Не всегда есть время читать длинные статьи в научных журналах и разбираться в тонкостях работы того или иного оборудования. Этот раздел для Вас, если начальство или обстоятельства требуют быстро и со знанием дела выбрать хороший прибор для анализа металла.
Что такое спектроскопия и спектрометрия?
Спектроскопия – это раздел физики, который изучает спектры. Помните опыты на уроках физики? Луч света пропускают сквозь стеклянную призму, и получается радуга. Это и есть спектр – то есть распределение интенсивности электромагнитного излучения по длинам волн.
В отличие от спектроскопии, спектрометрия – это раздел физики и техники, который занимается уже не наблюдением, а измерением спектров. В более узком смысле ее можно понимать, как измерение длин волн и интенсивности спектральных линий с помощью приборов (например, спектрометров).
Если быть еще ближе к практике, то спектроскопия и спектрометрия позволили создать приборы для быстрого, точного и удобного анализа металлов и сплавов – спектрометры.
В чем разница между спектроскопом, спектрографом и спектрометром?
В способе регистрации спектра.
Спектроскоп – прибор с визуальной регистрацией спектра. Частный случай спектроскопа – стилоскоп – применяется для анализа сталей. Спектроскоп работает так: посмотрел в прибор – увидел спектр.
Но чтобы эту картинку правильно оценить и, хотя бы приблизительно определить концентрацию того или иного химического элемента в сплаве, нужен большой опыт. Поскольку надо помнить множество спектральных линий и правильно интерпретировать соотношение яркостей этих линий. Обучиться этому можно, но это слишком долго и дорого. Поэтому на таких приборах нормально работают только люди, которые на стилоскопах проработали не один десяток лет.
Но на современном производстве такие приборы уже малоприменимы из-за сложности работы. Также этот метод не дает хоть сколько-нибудь приемлемой точности. Он, скорее, качественный или полуколичественный. Это значит, что такой анализ позволяет только обнаружить наличие каких-либо химических элементов в сплаве. Оценить концентрацию того или иного элемента в сплаве с помощью этого прибора можно только на уровне «много-мало». При этом нельзя отрицать ценность спектроскопа (стилоскопа) как учебного пособия.
Спектрограф регистрирует спектр на фотопластинку. Фотопластинка регистрирует одновременно большие участки спектра со всеми находящимися там спектральными линиями.
Но, чтобы этот спектр увидеть, надо пластинку проявить, промыть и высушить, а, чтобы что-то измерить, нужен отдельный прибор – спектрофотометр. С помощью спектрографа концентрации элементов можно определить точнее, чем с помощью стилоскопа. Но надо помнить о том, что это достаточно долго и трудоемко. Поэтому сейчас на производстве спектрографы уже практически не используются.
Спектрометр – это прибор, который позволяет в реальном времени производить измерения расположения и интенсивности спектральных линий. Поначалу для измерения интенсивности использовались специальные лампы – фотоэлектронные умножители, на каждый из которых направлялось излучение одной заранее выбранной спектральной линии, выделенной из спектра механически – при помощи выходной щели. Такие приборы называют квантометрами. В дальнейшем появилась возможность регистрации протяженных участков спектра при помощи твердотельных фотодиодных детекторов или так называемых приборов с зарядовой связью (ПЗC). Такой способ регистрации соединяет в себе универсальность фотопластинки и анализ в реальном времени.
Стилоскоп
Спектрометр
Какой спектрометр выбрать: рентгеновский или оптико-эмиссионный?
Выбор зависит прежде всего от цели, для которой требуется купить спектрометр.
Если нужна только сортировка металла, то лучше выбрать рентгеновский спектрометр. Его можно легко перенести с места на место, поэтому им проще проверять прибывший металл или лом. С ним можно без труда провести анализ прямо на машине, без разгрузки. Его применение не оставляет следа на измеряемом металле. Но это – прибор для сортировки, не более того. Он принципиально не умеет измерять углерод, а берет его значение из ГОСТа на похожую марку. Сталь 20 и сталь 45 – для рентгеновского спектрометра одинаковы. Другие легкие элементы (литий, бериллий, бор и т.п.) для рентгеновского спектрометра – недоступны.
Если нужен точный состав металла и гарантированное отсутствие рекламаций, то лучше выбрать оптико-эмиссионный спектрометр. Он точнее. Он реально измеряет серу, фосфор и углерод, а не берет значения из таблиц. Он хорошо определяет легкие элементы (литий, бериллий, бор, натрий и т.д.). Это прибор для серьезной лаборатории.
Рентгеновский спектрометр
Оптико-эмиссионный спектрометр
Лазерный или эмиссионный спектрометр: какой лучше?
Это зависит от того, насколько высокая точность измерений требуется. Нужна ли Вам точная уверенность в результатах измерений эмиссионного спектрометра или ей можно предпочесть больше удобство при измерении лазерным спектрометром - «пистолетом».
Лазерный спектрометр измеряет концентрации элементов сплава в одной единственной точке за одно измерение. Поэтому стабильностью эти измерения не отличаются. Можно несколько раз повернуть образец и сделать несколько измерений, что, конечно, неудобно, но несколько повысит стабильность. Но до стабильности оптико-эмиссионных спектрометров все равно будет далеко.
Сравните с оптико-эмиссионным спектрометром, который «бьет» по образцу четыреста раз в секунду. Он проводит измерения в большой группе точек одновременно. Анализ металла с помощью этого метода намного точнее и стабильнее.
Современные лазерные спектрометры уже стали компактными «пистолетами». Если сравнивать их с рентгеновскими «пистолетами», то их плюс в том, что они уже неплохо определяют легкие элементы. Но с определением углерода имеются проблемы, особенно без продувки аргоном, так как линии углерода на воздухе видны плохо, а линии серы и фосфора совсем не видны.
Поэтому эмиссионные спектрометры так широко используются в металлургии, машиностроении и других отраслях производства.
Лазерный спектрометр
Эмиссионный спектрометр