спектрометр хим состава руды

Определение углерода в сплавах

Компания SciAps предлагает единственный в мире портативный анализатор, позволяющий определить углерод даже в низкоуглеродистых сплавах.

Традиционным методом определения углерода в сплавах является искровая оптическая эмиссионная спектроскопия (искровая ОЭС). В искровой ОЭС используется источник высокого напряжения для продолжительной абляции сплава. Под воздействием тепла с поверхности металла происходит испарение, и валентные электроны выбиваются из наружных слоев атомов, образующих сплав. Эти валентные электроны образуют электронную плазму. По мере охлаждения плазмы электроны рекомбинируют с атомами, при этом излучаются характеристические фотоны (свет) определенной длины волны. Например, если электрон рекомбинирует с атомом углерода, то излучаемый свет будет присущ только углероду (то есть будет характеристическим). В случае углерода одна из обычных длин световых волн равна 193,1 нм. Аналогично обстоит дело и с другими элементами, например Si, Cr, Mn и др.

Продувка аргоном обеспечивает требуемую точность определения углерода в сталях, в том числе - нержавеющих!

Световое излучение передается от плазмы по оптоволоконному кабелю к спектрометру. С помощью дифракционной решетки и системы линз и зеркал в спектрометре свет разлагается в спектр с различными длинами волн. Различные длины волн света развертываются посредством детектора ПЗС, а встроенный компьютер определяет интенсивность света для каждой длины волны. Интенсивность линии определенной длины волны соотносится с концентрацией элемента в сплаве. Например, более высокая интенсивность света с длиной волны 193,1 нм (для углерода) означает, что содержание углерода в материале повышено. Использование при искровой ОЭС атмосферы инертного газа, обычно аргона, необходимо для снижения порога обнаружения, обеспечения высокой точности и количественного определения элемента. Из зоны искрения и входа света в оптоволокно кислород необходимо выдувать. Он ослабляет световое излучение плазмы, в частности в дальнем УФ диапазоне спектра, который используют для определения многих элементов, в том числе углерода. Использование аргона увеличивает силу (интенсивность) сигнала в 10—50 раз в зависимости от элемента.

анализатор руды

Нержавеющая сталь 316 с аргоновой средой и без аргоновой среды

Потребность в аргоне, большая консоль, источник питания для генерирования искры — эти три фактора предопределяли размещение систем искровой ОЭС на специальных тележках, кроме того, еще был необходим большой баллон с аргоном. Не самое компактное решение. К тому же во многих регионах нормативная документация по сжатым газам существенно затрудняет перевозку больших баллонов с аргоном или даже запрещает ее. Например, для выполнения анализа углеродистых сталей прямо на трубопроводе оператору понадобится кран, который должен для проведения анализа опустить систему и баллон с аргоном в траншею. Для проведения анализа в другом месте кран должен поднять и перевезти туда установку искровой ОЭС.

До недавнего времени, несмотря на ограничение мобильности, только анализаторы искровой LIBS давали возможность определить в полевых условиях содержание углерода в сплавах. Портативные рентгенолюминесцентные анализаторы не могут определять такие легкие элементы как углерод. На практике портативные анализаторы XRF могут определять содержание магния (атомный номер 12) и более тяжелых элементов. Содержание некоторых элементов (в том числе углерода, бора, бериллия, лития) в сплавах невозможно определить с помощью XRF.


Лазерно-искровая эмиссионная спектрометрия


Компания SciAps внедрила для анализа углерода и других элементов новую технологию лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии (ЛИЭС). Прибор Z-200 C+ также относится к лазерно-искровым эмиссионным спектрометрам. Однако энергоемкий искровой источник здесь заменен миниатюрным импульсным лазером. Интересно, как же этот компактный импульсный лазер с питанием от батареи может заменить собой мощный искровой источник высокого напряжения, используемый в искровых анализаторах LIBS. Одним из ключевых параметров является удельная мощность, которая должна за короткий промежуток времени в небольшой области обеспечить выделение энергии, достаточной для испарения части образца. В моделях Z лазеры создают импульс с энергией около 5 мДж. Такая энергия генерируется в течение очень небольшого промежутка времени, составляющего около 2 миллиардных долей секунды (2 нс). Диаметр луча лазера равен примерно 50 мкм, а площадь его сечения составляет примерно 2000 мк2. Поэтому лазер обеспечивает гигаватт мощности на квадратный сантиметр поверхности, но только в течение очень короткого промежутка времени. Такая высокая мгновенная мощность позволяет мгновенно испарять поверхность образца. Небольшой, но мощный лазер является главным компонентом, который обеспечивает компактность аппаратов LIBS

анализ углеродистых сталей

Импульсный лазер SciAps Z

Аргон

Сниженное потребление аргона — еще одна характерная особенность технологии ЛИЭС, отличающая ее от искровой ОЭС. Для ЛИЭС, как и для искровой ОЭС, требуется продувка газообразным аргоном. Однако для такого небольшого диаметра лазерного луча требуемый объем газа примерно в 1000 раз меньше, чем для искровой ОЭС. Это означает, что с использованием одного небольшого заменяемого пользователем аргонового баллончика, размещенного в ручке прибора, операторы могут провести приемлемое количество анализов (600 для общего анализа и около 150 для анализа углерода). Таким образом, ключевыми факторами, обеспечивающими компактность приборов для определения углерода, являются использование лазера и снижение потребности в аргоне. Импульсный лазер заменяет собой громоздкий энергоемкий искровой источник высокого напряжения. При использовании лазера требуется гораздо меньше аргона для обеспечения приемлемой продувки

анализатор состава вещества

В результате разработан единственный в мире портативный анализатор, позволяющий определить состав (в том числе содержание углерода) любого сплава, даже низкоуглеродистых нержавеющих сталей.