Оптико-эмиссионные спектрометры (ОЭС) - полный обзор видов спектрометров

Анализаторы химического состава

Анализатор — это прибор или комплекс устройств, используемый для исследования состава и свойств веществ, материалов или процессов. С их помощью проводят измерения, определяют химическую структуру и оценивают характеристики образцов. 

Основные типы:

1. Химические приборы — применяются для изучения состава веществ (хроматографы, спектрометры, масс-спектрометры).
2. Физические — оценивают физические свойства материалов (рентгеновские дифрактометры, калориметры, микроскопы).
3. Биологические — анализируют биоматериалы (секвенаторы ДНК, цитометры, иммуноанализаторы).
4. Экологические — контролируют состояние среды (газоанализаторы, приборы для воды и воздуха).

Анализаторы химического состава объединяют оборудование, определяющее количественное и качественное содержание элементов в веществах.

Оптико-эмиссионный метод (ОЭС): принцип и виды спектрометров

Оптико-эмиссионный спектрометр определяет состав металлов и сплавов по спектру излучения атомов, возникающему при их возбуждении электрической дугой или искрой.

Как проходит анализ:

1. Из исследуемого металла берётся образец.
2. Он нагревается электрическим разрядом, превращаясь в плазму.
3. Возбуждённые атомы излучают свет с характерными длинами волн.
4. Спектр разделяется решёткой или призмой.
5. Детекторы измеряют интенсивность линий и вычисляют концентрации элементов.

Просто говоря: прибор вызывает свечение поверхности металла и по цвету этого свечения вычисляет, какие элементы в нём содержатся.

Преимущества метода:

• ✔ Высокая точность при определении C, S, P в сталях
• ✔ Одновременное измерение десятков элементов
• ✔ Быстрый анализ для промышленного контроля

Типы оптико-эмиссионных спектрометров

Сравнение дуги и искры

Разница: дуга обеспечивает более полное исследование состава, искра — быструю проверку в цеховых условиях.

Определяемые элементы

Метод подходит для большинства металлических элементов:

• Fe, Al, Cu, Zn, Cr, Ni, Mo, V, Co, Mn, Ti;
• C, S, P — при использовании вакуумной оптики;
• Si, N — в зависимости от конструкции прибора.

Для углерода, серы и фосфора необходим вакуумный монохроматор, так как линии этих элементов лежат в диапазоне, который поглощается воздухом.

Что влияет на диапазон анализа

Применение

• Контроль качества сталей и сплавов
• Определение состава цветных металлов
• Мониторинг легирующих добавок
• Быстрые проверки на производстве

Вывод: ОЭС-спектрометры обеспечивают точный, быстрый и надёжный анализ состава металлических материалов, оставаясь базовым инструментом металлургических лабораторий.

Анализируемые образцы и подготовка

Подходящие материалы:

• Стали, чугуны, алюминиевые, медные, никелевые сплавы
• Металлические порошки (прессуются в таблетки)
• Руды, шлаки, оксиды — после переплавки или брикетирования

Не применимо для жидкостей: разряд в жидкой среде невозможен, возможна коррозия электродов. Для таких образцов используется ICP-OES или атомно-абсорбционный анализ.

Подготовка образцов

Советы: для металлов выбирайте ОЭС; для порошков — РФА; для жидкостей — ICP-OES.

Сравнение с другими методами

• С РФА: ОЭС точнее по C, S, P; РФА не требует подготовки, но уступает в чувствительности к лёгким элементам.
• С ААС: спектрометр анализирует сразу несколько элементов, тогда как ААС — поочерёдно.
• С LIBS: ОЭС даёт выше точность, LIBS — большую мобильность.

Разрушающий ли метод?

Да, при анализе образуется микрократер глубиной до 50 мкм. Повреждение минимально и не влияет на результаты испытаний.

• Сократить воздействие можно уменьшением длительности импульса;
• Дуговой режим менее агрессивен, чем искровой;
• Портативные приборы позволяют точечный анализ без сильного нагрева.

Классификация по конструкции

• Стационарные — лабораторные установки с вакуумной камерой, максимальная точность.
• Портативные — компактные приборы для цеховых измерений.
• Настольные — промежуточный вариант для малых лабораторий.