Правильный выбор метода исследования химического состава материалов обеспечивает высокое качество продукции металлургических предприятий, и позволяет повысить эффективность их работы. В арсенале металлургов имеются возможности атомной оптико-эмиссионной спектрометрии и традиционные методы контроля качества, применение которых целесообразно в одних условиях и не дает ожидаемых результатов в других.
Методы химического анализа элементарного состава
Химический анализ металлов и сплавов - сложный процесс, который невозможно выполнить с использованием мерительного инструмента. Для решения определенной аналитической задачи существуют различные методы химических и физико-химических исследований.
Аналитическая химия - распространенный метод, в основе которого лежат химические реакции, позволяющие разложить материал образца на атомы и молекулы. Он находит широкое применение при создании эталонных образцов, их аттестации, а также при проведении арбитражного анализа. Однако он не позволяет быстро получить результаты и довольно затратен.
На точность аналитического исследования оказывает влияние множество факторов, каждый из которых приводит к увеличению погрешности. Конечный результат зависит от погрешности взвешивания образца, погрешности измерительных приборов и ряда других.
Современные инструментальные методы не только дополняют “мокрую химию”, но и успешно заменяют ее. Широко применяются такие виды исследований, как:
- рентгенофлуоресцентный;
- атомно-абсорбционный;
- атомно-эмиссионная спектрометрия с различными способами возбуждения атомов;
- хроматография и другие.
Рентгенофлуоресцентные и оптико-эмиссионные спектрометры способны более эффективно справляться с задачами, чем методы классического химанализа, поэтому широко используются в металлургической промышленности. Тем не менее отказ от аналитической химии - пока еще преждевременный шаг.
Рентгенофлуоресцентные спектрометры
С помощью рентгенофлуоресцентных анализаторов (РФА) определяют элементный состав образца. К их основным достоинствам относят:
- возможность определять химический состав не только металлов и сплавов, но и неметаллов;
- высокая скорость проведения исследования;
- простота подготовки пробы;
- удобство эксплуатации.
Рентгенофлуоресцентные анализаторы - отличное решения для металлургии, так как позволяют определять химсостав материалов всего производственного цикла: от кокса и огнеупоров до готовой продукции. Исследование относится к неразрушающим методам, поэтому эффективно используется в машиностроении.
Рентгенофлуоресцентные спектрометры широко представлены различными моделями. На рынке можно найти как компактные экспресс-анализаторы и настольные системы, так и лабораторные установки. Экспресс-анализаторы и портативные приборы широко применяются для сортировки металлолома и готовой продукции, контроля качества поступающего сырья, а также в литейном производстве. Стационарные установки используются в лабораториях крупных промышленных предприятий для сертификации.
Предел возможностей РФА
Несмотря на весомые достоинства рентгенофлуоресцентных анализаторов, метод имеет ограниченные возможности. Они не способны видеть элементы первых двух строчек таблицы Менделеева, атомный номер которых меньше 11. Таким образом, эти приборы не позволяют определять содержание углерода в стали.
При использовании портативных анализаторов невозможно получить необходимый результат по сере и фосфору - элементов, представляющих особый интерес для металлургов.
Оптико-эмиссионная спектрометрия
Атомная оптико-эмиссионная спектрометрия дает возможность определять химический состав материалов с высокой степенью точности. Приборы с искровым возбуждением идеально подходят для решения аналитических задач в металлургической промышленности.
С помощью оптико-эмиссионных спектрометров можно определять содержание большинства химических элементов, в том числе углерода, серы и фосфора. При этом их содержание может составлять тысячные доли процента. Это позволяет использовать их для проведения сертификационного анализа.
Сравнение эффективности химического и оптико-эмиссионного анализа
Атомная оптико-эмиссионная спектрометрия - эффективный метод исследования, который позволяет быстро получить точные результаты. Вместе с пробоподготовкой анализ занимает секунды, максимум - до часа.
“Мокрая химия” не отличается оперативностью, и может длиться в течение часов или нескольких суток. К тому же химический анализ отличается трудоемкостью и требует использования дополнительных специальных средств для разложения некоторых образцов, и проведения множества тестов. Оптические эмиссионные спектрометры работают предельно просто - образец помещается в прибор и нажимается кнопка.
Для аналитического анализа требуются глубокие знания химии и навыки работы с реактивами. Для того, чтобы научиться работать с оптико-эмиссионными приборами достаточно нескольких дней, чтобы оператор стал уверенным пользователем. При этом он не должен быть специалистом в области атомной оптико-эмиссионной спектроскопии.
Оптическая эмиссионная спектрометрия в настоящее время стала альтернативой аналитической химии для арбитражного анализа материалов. Конструкция спектрометров постоянно совершенствуется, в них используются современные достижения науки и техники, что открывает перед ними большие перспективы в практическом использовании.
