用于元素测试和分析的光谱仪

铸造金属的成分和等级分析

光谱化学分析是一种化学分析，用于确定化合物分子内原子和电子的排列。它观察运动或结构变化过程中吸收的能量。测量电磁辐射的波长和强度，产生可量化的结果，主要用于质量评估。

光谱学和光谱仪

光谱学和光谱仪是讨论光谱化学分析时经常出现的术语。简而言之，光谱学 是研究与样品材料相关的能量，以及光谱仪 是光谱测定期间使用的仪器 , 光谱的作用。

光谱学

光谱学是对辐射能量和样品材料之间相互作用的研究。这种相互作用会产生可见光形式的电磁波，通常被视为火花。光谱学是在 17 ^th 一个世纪以来，艾萨克·牛顿爵士发现白光可以使用棱镜分离成成分颜色，这些成分可以重新组合形成白光。他意识到棱镜并不是产生颜色的原因，而是用来分离白光的成分颜色。在 1800 年代初期，约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫 (Joseph von Fraunhofer) 进行了实验，进一步将光谱学发展为更精确和定量的科学技术。然而，直到 19 ^th 一个世纪以来，分散光的定量测量被标准化并被公认为是一种可靠的测试方法。

光谱仪

光谱仪是光谱学中使用的仪器，可产生光谱线并测量其波长和强度。它是一种通过质量、动量或能量来分离粒子、原子和分子的科学设备。光谱仪是化学分析和粒子物理学不可或缺的一部分。光谱仪有两种类型：光学和质谱仪。

光谱仪

光谱仪，或简称为“光谱仪”，能够分离白光并测量单个窄带颜色（光谱）。它显示了作为波长或频率函数的光强度，并且偏转是由棱镜中的折射或衍射光栅中的衍射产生的。光谱仪使用光色散的概念——由于样品中的每个元素都留下了独特的光谱特征，光谱分析可以确定样品本身的成分。光谱仪在天文学、金属生产、太阳能和半导体行业很常见。

质谱仪

质谱仪测量存在于固体、液体或气体中的原子或分子的质量光谱。它通过测量气相离子的质荷比和丰度来实现这一点。质谱仪用于制药科学、生物技术和地质学等领域。

为什么需要光谱法？

光谱技术处于许多技术领域的前沿。光谱学因其在研发中的作用以及在各个行业的材料分析中更实际的作用而被需要。科学和技术一直依赖于光谱法——从早期研究到推动现代研究的先进技术。

射频光谱导致了磁共振成像 (MRI)，这是一种突破性的医疗仪器，用于可视化身体的内部软组织。射电和 X 射线光谱学为对遥远恒星和星系间分子的天文学研究铺平了道路。光谱学通常用于工业和环境环境中，以识别物质的化学成分。如果没有这种在光谱学中的应用，就没有当今快速有效的合金鉴定和材料检测方法。

光学发射光谱

发射光谱 (OES) 是一种常见的光谱形式，用于确定固体金属样品中的元素成分。它广泛用于铸造厂和金属生产设施，因为它可以以高精度和准确度分析大量元素。 OES中使用的样品金属可以来自初级和次级金属生产中的熔体，也可以是棒材、板材、线材和螺栓等加工金属。

光学发射光谱的工作原理是什么？

OES 使用三个关键组件提供定量分析：电源、光学系统和计算机系统。

1) 电源

需要电源来激发金属样品中的原子进入活性状态。使用光谱仪中的高压电源通过电极将一小部分样品加热到数千摄氏度。由于电极和样品金属之间的电势差，会产生放电。这种放电导致样品金属在表面加热并蒸发。

在这个过程中，被激活的原子会产生对每个元素都不同的发射线。存在两种类型的放电：电弧或火花。电弧会产生持续的放电，就像闪电一样。电火花更像是一种突然的放电——一种短暂的光发射，通常伴随着尖锐的啪啪声。

2) 光学系统

光学系统将来自被称为等离子体的汽化样品的发射线传输到光谱仪中。光谱仪中的衍射光栅用于将入射光分离为特定元素的波长。然后由相应的检测器测量每个波长的光强度。在此过程中测得的强度与被测金属样品中元素的浓度成正比。由于每种元素都会根据其电子结构发出一组特定的波长，因此可以通过观察这些波长来确定元素组成。

3) 计算机系统

最后，需要一个计算机系统来处理数据。测量的强度通过预定义的校准进行处理，以产生元素浓度。现代技术改进了用户界面，以最少的操作员干预提供清晰的结果。

OES 用户友好，在金属制造业中被广泛接受。虽然是一种流行的仪器，但它仍然存在一些限制，包括对样品材料的轻微表面损坏以及需要经常维护。

光发射光谱法
优点
缺点

• 元素的快速定量测定（通常不到一分钟）。
• 资本投资和运营成本低。
• 样品制备简单。
• 快速分析钢中的碳、氮、氧、磷和硫。
• 计算不锈钢或低合金钢的碳含量 (%)。
• 区分 304/316 和 304L/316L 不锈钢。
• 为碳当量计算提供输入数据。

• 并非完全“无损”（可能会有轻微的表面损坏）。
• 无法测试小零件（小于一角硬币大小）。
• 难以在狭窄的空间内进行测试。
• 需要不断校准和维护。
• 可能需要对结果进行常规第三方认证。

铸造厂的光谱仪

发射光谱可用于从纯金属到合金金属的各种材料。铸造厂以及航空、汽车和家电行业都受益于光谱仪进行过程和质量控制。

光谱仪通常是铸造金属分析的首选仪器，因为它们在用于检查、质量控制和合金识别时只需要铸造操作员的最少干预。存在固定式和便携式版本，两者都具有很高的准确性。需要进行例行校准和维护，并且光谱仪结果通常需要第三方结果认证以保持其有效性。光谱仪可以在从金属生产到加工的整个金属生命周期以及在回收厂的使用寿命结束时进行金属分析。