Спектральный анализ широко используется в различных отраслях промышленности и науки, и служит универсальным инструментом, который позволяет точно и оперативно исследовать элементный состав вещества. Эта информация необходима для правильного ведения технологических процессов, контроля качества исходных материалов, промежуточного и готового продуктов, а также позволяет создавать новые материалы с заданными качествами.
Современные спектральные приборы постоянно совершенствуются в соответствии с возрастающими требованиями к точности и чувствительности. В связи с разработкой и внедрением новых технологий создаются спектрометры, которые обеспечивают необходимую производительности и возможность автоматизации процесса анализа.
Понятие о спектральном анализе
Спектральный анализ - совокупность методов анализа химического состава веществ, в основе которого лежит исследование спектров испускания, поглощения, отражения и люминесценции. При этом используется основное свойство спектров: длина волны или частота - индивидуальный параметр, который соответствует только определенному атому исследуемого вещества, и не зависит от источника возбуждения.
Метод отличается высокой чувствительностью, точностью и простотой, что делает его универсальным, и обуславливает его широкое распространение в промышленности.
Виды спектрального анализа
В основе спектральных методов лежат такие процессы:
- Абсорбция. При взаимодействии вещества с электромагнитным излучением происходит его частичное поглощение.
- Люминесценция. При возбуждении частиц вещества под воздействием внешнего излучения происходит испускание излучения, имеющего другую частоту.
- Эмиссия. При воздействии источника возбуждения вещество переходит в состояние плазмы и испускает излучение.
- Рассеяние. Процесс происходит при падении электромагнитного излучение на исследуемый образец.
В зависимости от процесса, который находится в основе принципа действия, спектральные методы анализа подразделяются на следующие виды:
- Абсорбционный.
- Люминесцентный.
- Эмиссионный.
- Комбинационный.
Эмиссионный спектральный анализ
Наибольшее распространение получил оптический эмиссионный спектральный атомный анализ (ОЭСА). Этот мощный инструмент позволяет решать различные по сложности аналитические задачи.
Оптико-эмиссионные спектральные приборы обладают высокой избирательностью, позволяют исследовать различные вещества с высокой скоростью, чувствительностью и точностью. При этом расход анализируемого вещества крайне мал.
Преимущества ОЭСА:
- возможность исследования химического состава образца в любом агрегатном состоянии;
- подготовка пробы отличается простотой, а в некоторых случаях не требуется вовсе;
- высокая скорость проведения анализа позволяет автоматизировать процесс;
- анализ одного образца можно проводить многократно;
- высокая точность результатов анализа и избирательность;
- простота эксперимента и относительно невысокая стоимость;
- возможность проведение исследований, как в полевых, так и лабораторных условиях.
Область применения
Атомный спектральный анализ находит широкое практическое применение по сравнению с другими методами спектрального анализа. Он используется для исследования самых разнообразных объектов, а при анализе металлов и сплавов значение ОЭСА трудно переоценить.
С помощью эмиссионной спектрометрии решаются целый ряд аналитических задач:
- Исследование химического состава сплава при ведении плавки металла.
- Анализ готовых изделий с целью определения марки, состава, примесей.
- Контроль качества на всех стадиях производства.
- Контроль качества исходного материала.
- Экологический мониторинг состояния окружающей среды.
- Изучение химического состава геологических объектов.
Экология
Перед экологами стоят разнообразные задачи, среди которых особое место занимают определение соединений, загрязняющих почву, атмосферу и водный бассейн. Экологический мониторинг необходим для предотвращения угрозы жизни и здоровью людей, и окружающей среде, поэтому точность и скорость получения результатов анализа - наиболее важные требования, предъявляемые к анализаторам.
Эмиссионные спектрометры - универсальные приборы, которые способны исследовать не только металлические, но и токонепроводящие пробы. С их помощью можно исследовать вещества, находящиеся в различных агрегатных состояниях и формах. Диапазон спектральных линий охватывает все интересующие элементы, в том числе C, S, P, O, H и щелочно-земельные элементы.
Геология
Спектральный анализ дает возможность анализировать химический состав руд и минералов. С его помощью изучаются условия их образования, что позволяет целенаправленно проводить геологическую разведку для поиска новых месторождений.
Технология обогащения рудных и нерудных материалов требует тщательного контроля качества на всех стадиях процесса. Использование спектральных приборов делают это возможным, так как обеспечивается необходимая производительность и точность результатов анализа.
Кроме этого, спектральный анализ используется для изучения метеоритного материала. Это дает возможность сделать практические выводы о составе космических объектов.
Металлургия
Значение атомно-эмиссионного анализа в металлургической промышленности очень велико, так как этот метод дает ряд преимуществ. С помощью спектральных приборов решается большинство аналитических задач:
- Определение марки стали.
- Анализ углерода, серы и фосфора в сплаве.
- Анализ неметаллических включений и примесей.
- Анализ чистых металлов и сложных сплавов.
- Сертификационный анализ.
Эмиссионные приборы широко используются для сортировки и анализа состава металлического лома, который служит сырьем для получения стали. Спектральный анализ незаменим при ведении плавки, так как позволяет оперативно получить информацию о химическом составе сплава. С его помощью решаются, как рутинные задачи, так и сложные проблемы, связанные с получением новых материалов с заданными свойствами.
Машиностроение
Исходными материалами металлообрабатывающих предприятий служат заготовки, полученные путем литья и в результате обработки металлов давлением (поковки и металлопрокат). Организовать входящий контроль без определения химического состава заготовок невозможно, а пренебрежение этим технологическим этапом может стать причиной неисправимого брака и экономическими потерями.
Атомно-эмиссионные спектрометры - оптимальный вариант приборов для машиностроения, которые дают возможность получать точную информацию о химическом составе материала или марке стали в кратчайшие сроки. Портативные модели позволяют проводить исследования в полевых условиях, и не требуют наличия у оператора специальных знаний и особых умений, а стационарные приборы решают аналитические задачи любой сложности.
Возможности оптико-эмиссионных приборов не ограничиваются указанными выше областями промышленности, и позволяют использовать их во многих сферах жизнедеятельности человека. Конструкция и методы исследования постоянно совершенствуются, что позволяет им соответствовать уровню развития науки и технологии, и иметь оптимальные технико-экономические показатели.
