Анализаторы металлов — зачем нужны, преимущества и недостатки

Применяемые во многих сферах анализаторы металлов – необходимые для определения состава сплавов устройства, ведь при всём их многообразии выявить содержание того или иного элемента по внешнему виду образца практически невозможно.

Классификация современных технологий анализа металлов

Химический анализ представляет собой исследование свойств вещества. В настоящее время существует несколько методов его проведения.

• Спектральный
• Волнодисперсионный
• Эмиссионный
• Рентгенофлуоресцентный
• Пробирный анализ (выполняется в лабораториях)

Задачи изучения спектров

Химическим анализом веществ и материалов занимается наука аналитическая химия. Она использует традиционные и инструментальные методы для обнаружения и определения химических элементов и их соединений. Выделяют качественный анализ, целью которого является определение вещества, и количественный, направленный на выявление процентного соотношения элементов в образце.

Спектральный анализ металлов проводится для исследования сплавов в процессе плавки и отслеживания качества готовых изделий, определения состава неизвестных сплавов и другого контроля.

Виды и принципы работы анализаторов

Виды анализаторов:

• Стационарные (оборудование занимает специальное помещение);
• Мобильные (переносные или на колёсиках);
• Портативные (лёгкие и компактные).

На изображении представлен стационарный спектрометр; принцип работы определяет наличие двух типов устройств: оптико-эмиссионных  и рентгенофлуоресцентных.

Оптико-эмиссионные

Спектральный анализ основан на взаимодействии материи со спектром излучений. К нему относится один из самых распространённых оптико-эмиссионный анализ.

После воздействия рентгеновским, лазерным или искровым излучением регистрируется флуоресценция – излучательный переход атома из возбуждённого состояния в основное. Излучение фиксируются устройством, и данные выводятся на экран.

Эти анализаторы металлов и сплавов подходят для исследования заготовок, деталей или конструкций из:

• Ферритовых и неферритовых;
• Инструментальных;
• Низколегированных;
• Титановых;
• Алюминиевых и других сплавов, а также нержавеющей стали.

Оптико-эмиссонные анализаторы металлов и сплавов имеют специальные насадки для работы в труднодоступных местах.

Рентгеновский

Состоит имеет трубку, детектор, регистрирующее устройство и модуль управления.

Образец подвергается рентгеновскому излучению. Вторичный фон улавливается и анализируется, и на основе этих данных делается вывод о наличии тех или иных элементов в составе.

Главное преимущество рентгеновского анализатора – высокая точность. Прибор анализирует несколько десятков элементов в сплавах одновременно.

К недостаткам можно отнести необходимость выделения для устройства специального помещения, а так же защиты персонала от вредного излучения свинцовыми листами. Устройства подходят для анализа крупных образцов, поэтому чаще всего применяются для стационарного использования.

Рентгенофлуоресцентные

Основные части прибора – миниатюрная рентгеновская трубка и детектор, регистрирующее устройство и экран, на который выводятся показатели измерений.

Принцип работы таков: рентгенофлуоресцентный анализатор воздействует на образец излучением определённой частоты. В случае если резонансные характеристики совпадут, химические элементы начнут излучать фотоны. В результате делается вывод о присутствии тех или иных металлов.

Прибор рфа спектрометр определяют до 45 химических элементов. Его отличает быстрота измерения, безопасность и высокая точность. Результаты выдаются в процентах, что делает возможным сравнение сплавов между собой.

Для исследования подойдёт любой образец, будь то крупный фрагмент или стружка. При этом поверхность не требует специальной подготовки. Современный рентгенофлуоресцентный анализатор позволяют сохранить результаты измерения или даже перенести их на компьютер.

К недостаткам можно отнести низкую точность и не способность распознавать элементы, номер которых в таблице Менделеева меньше 11. Это означает, что рфа анализатор не подходит для проверки чугуна, стали и других сплавов железа с углеродом.

Лазерный

Лазерный анализатор металлов использует оптическую эмиссию.

Метод лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии: на небольшой участок образца оказывается высокотемпературное воздействие инфракрасным лазером, после чего элементы, входящие в состав сплава, начинают испаряться. Они излучают волны разной длины, каждая из них соответствует конкретному элементу из таблицы Менделеева. Затем лазерный спектрометр обрабатывает собранные волокно-оптическим кабелем волны, затем тип образца определяется алгоритмом. При этом сам образец остаётся невредимым – пятно, оставленное прибором, настолько мало, что его трудно заметить.

Невысокая точность измерения компенсируется быстротой. Поэтому для большей уверенности в результатах можно провести тест в нескольких местах.

Не смотря на ряд преимуществ, лазерный анализатор металлов имеет существенный недостаток: необходимость подготовки образца исследования. Сам прибор нужно прогреть перед работой.

Портативный

Портативный анализатор металлов самый компактный: во время исследования их держат в руке. Их активно используют при контроле сварных швов в строительстве, определения подделок и контрафакта работниками правоохранительных органов, для сортировки металла в пунктах приёма вторсырья и много где ещё.

Применение анализаторов

Анализатор металлов находит широкое применение во многих отраслях.

• Металлургия

Прибор для определения марки стали незаменим на металлургических комбинатах, где применяются для контроля и сертификации выпускаемой продукции.

• Строительство

Контроль сварных швов, анализ конструкций из металла для определения их прочности.

• Машиностроение
• Ювелирное дело

В ювелирном деле регулярно производится проверка содержания драгоценных металлов в изделиях.

• Искусство

Искусствоведы применяют спектрометр для анализа состава красок и материалов произведений искусства, что помогает установить их подлинность.

• Горнодобывающая промышленность

Проводится анализ породы, почвы и рудного материала.

• Переработка

В этой области анализаторы металлов нужны в пунктах приёма и сортировки лома для сепарирования, то есть разделения сырья по химическому составу.

Важно! Из-за многообразия существующих на сегодняшний день сплавов по внешнему виду состав металла определить невозможно.

Входной контроль чёрного металла

Анализаторы применяются для определения процентного содержания углерода в железе. Поскольку углерод относят к «лёгким» элементам, его не распознают рентгенофлуоресцентные анализаторы металла. Поэтому при работе с чёрным металлом применяются другие типы устройств.

Анализ цветных металлов

Цветные металлы железа не содержат. Их экспертиза требуется не только металлообрабатывающим предприятиям, но и правоохранителям, органам таможенного надзора. Определённо в постоянном исследовании цветных металлов нуждаются пункты приёма; анализаторы металлов и сплавов позволяют распознать дорогостоящие сплавы, переработка которых принесёт большую прибыль.

Медицина и фармацевтика

Спектральные исследования имеют важное значение для медицины. В фармакологии активно применяются рамановские анализаторы, служащие для проверки качества лекарств.

Наука и образование

Различные анализаторы металлов и сплавов применяются для научных исследований. А появившийся в последние десятилетия портативный анализатор металлов позволил увеличить скорость исследования в несколько раз.

Анализ масел и любых жидкостей

Спектры растворов и жидкостей служат источником сведений о деталях межмолекулярного взаимодействия. Оптические спектральные измерения используют для идентификации и проверки качества масел в промышленном производстве и строительной отрасли.

Анализ сухих смесей

Металлические порошки используются в самых разных областях промышленности. Их производство требует контроля не только формы, размера, плотности и структуры поверхности, но и химического состава. Узнать его поможет специальная лаборатория или анализатор металла.

Преимущества и недостатки

Все спектроскопы осуществляют неразрушающий контроль. Но анализаторы металлов разных типов имеют свои особенности: рентгенофлуоресцентные устройства не распознают «лёгкие» элементы, рентгеновские громоздкие и подходят только для стационарных условий, а перед работой с лазерными необходимо зачищать поверхность образца. Несмотря на относительную точность, результаты измерений при помощи портативных устройств уступают в точности лабораторным методам.

Стоит, однако, отметить, что портативный анализатор металлов – дорогое изделие, позволить которое могут не все компании, не говоря уже о частных предпринимателях. Цена новых аппаратов достигает нескольких миллионов рублей. Поддержанные металлоанализаторы можно приобрести по более низкой цене, но их ремонт может обойтись в круглую сумму.

Зачастую их приобретение нецелесообразно. Для малого бизнеса может больше подойти метод определения элементного состава в лаборатории, чем покупка дорогостоящих определителей.