Спектральный анализ металла

Спектральный анализ металла — Справочник металлиста

•   Определить химический состав сталей и сплавов
•   Подтвердить марки сталей
•   Восстановить документацию на продукцию
•   Подтвердить или опровергнуть сертификат
•   Входной контроль металлов и сплавов
•   Сортировать лом из черных и цветных металлов
•   Определить химический состав рудных пород
•   Подобрать аналог сталей и сплавов (с использованием специальной программы —  марочника сталей Win Steel 8.0 Prof)

•   Сжатие и растяжение
•   Определение твердости

•         Проведение испытаний на предприятии заказчика
•         Испытание образцов в нашей лаборатории
•         Выезд в регионы и получение образцов через транспортные компании

Используемое оборудование для химического анализа

Последовательность измерения

Определение химического состава образца

Сегодня проведение химического анализа металлов — стилоскопирования — не требует нарушения целостности проверяемой конструкции или подготовки образцов.

Чтобы сделать спектральный анализ и определить физико-химические характеристики металлов и сплавов, в лабораторию обращаться тоже необязательно: современный фотоэлектрический метод спектрального анализа позволяет контролировать качество готовых изделий даже в полевых условиях.

Зачем нужен спектральный анализ металлов и сплавов?

Проведение спектрального анализа металлов с помощью стационарных или портативных приборов, использующих метод рентгенофлуоресцентного спектрального анализа стали согласно ГОСТ 28033–89, призвано помочь профильным предприятиям в сортировке металла.

Подобное решение демонстрирует целый ряд преимуществ. Чтобы провести экспертизу металла не понадобится много времени. Результат будет известен уже через несколько минут. Такая мини-лаборатория по химическому анализу металла значительно сократит издержки производственного предприятия, крупного ритейлера и коммунальные службы.

Устанавливаемая на спектральный анализ металла цена в специализированных организациях и график их работы больше не имеют значения: однажды купив анализатор металлов и пройдя курс подготовки специалистов, которые будут с ним работать в дальнейшем, ваша компания сможет организовать спектральный анализ металла в удобное время и в удобном месте.

Используется химический анализ металла в следующих случаях:

• Определение химического состава сталей и сплавов.
• Восстановление документации на продукцию.
• Подтверждение марки, подтверждение сертификатов.
• Входной контроль металлов и сплавов.
• Сортировка лома металлов и сплавов. В этой сфере достаточно распространены фальсификации, однако если приемщиками используется химический анализ, определение металла, дающее максимально точный результат, гарантированно избавит предприятие от убытков.
• Подбор аналогов сталей и сплавов (с использованием специальной программы — марочника сталей Win Steel 7.0 Prof).
• Калибровочные программы прибора.

С какими веществами работает анализ химического состава металлов?

Рентгенофлюоресцентный анализ химического состава металлов и сплавов производится в лаборатории с помощью рентгенофлюоресцентного анализатора типа X-MET 7500 с возможностью определения легких элементов Mg, Al, Si, P, S в соответствии с ГОСТ 28033-89. Диапазон измеряемых элементов: от Mg до Bi. Метод подходит для определения химического состава и марки стали, других металлов. В частности, допускается:

• химический анализ алюминиевых сплавов;
• химический анализ титановых сплавов;
• анализ сплавов железа и т. д.

△ Спектральный анализ: Виды спектрального анализа

Спектр излучения света

Химический состав вещества – важнейшая характеристика используемых человечеством материалов. Без его точного знания невозможно со сколько-нибудь удовлетворительной точностью спланировать технологические процессы в промышленном производстве.

В последнее время требования к определению химического состава вещества еще более ужесточились: многие сферы производственной и научной деятельности требуют материалы определенной «чистоты» — это требования точного, фиксированного состава, а также жесткого ограничения на наличие примесей инородных веществ.

Всвязи с этими тенденциями разрабатываются все боле прогрессивные методики определения химического состава веществ. К ним относится и метод спектрального анализа, обеспечивающий точное и быстрое изучение химии материалов.

Фантастика света

Природа спектрального анализа

Спектральный анализ (спектроскопия) изучает химический состав веществ на основе их способностей по испусканию и поглощению света. Известно, что каждый химический элемент испускает и поглощает характерный только для него световой спектр, при условии, что его можно привести к газообразному состоянию.

В соответствии с этим, возможно определение наличия этих веществ в том или ином материале по присущему только им спектру.

Современные методы спектрального анализа позволяют установить наличие вещества массой до миллиардных долей грамма в пробе – за это ответственен показатель интенсивности излучения.

Спектральный анализ реликтового микроволнового излучения

Видимый свет представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны от 3,8*10-7 до 7,6*10-7 м, ответственной за различные цвета. Вещества могут излучать свет только лишь в возбужденном состоянии (это состояние характеризуется повышенным уровнем внутренней энергии) при наличии постоянного источника энергии.

Спектры излучения

Получая избыточную энергию, атомы вещества излучают ее в виде света и возвращаются в свое обычное энергетическое состояние. Именно этот испускаемый атомами свет и используется для спектрального анализа. К самым распространенным видам излучения относят: тепловое излучение, электролюминесценция, катодолюминесценция, хемилюминесценция.

Спектральный анализ. Окрашивание пламени ионами металлов

Виды спектрального анализа

Различают эмиссионную и абсорбционную спектроскопию. Метод эмиссионной спектроскопии основан на свойствах элементов к излучению света.

Для возбуждения атомов вещества используются высокотемпературный нагрев, равный нескольким сотням или даже тысячам градусов, – для этого пробу вещества помещают в пламя или в поле действия мощных электрических разрядов.

Под воздействием высочайшей температуры молекулы вещества разделяются на атомы.

Атомы, получая избыточную энергию, излучают ее в виде квантов света различной длины волны, которые регистрируются спектральными аппаратами – приборами, визуально изображающими получившийся световой спектр.

Спектральные аппараты служат также и разделительным элементом системы спектроскопии, потому как световой поток суммируется от всех присутствующих в пробе веществ, и в его задачи входит разделение общего массива света на спектры отдельных элементов и определение их интенсивности, которая позволит в будущем сделать выводы о величине присутствующего элемента в общей массе веществ. 

Спектральный анализ

• В зависимости от методов наблюдения и регистрации спектров различают спектральные приборы: спектрографы и спектроскопы. Первые регистрируют спектр на фотопленке, а вторые делают доступным просмотр спектра для прямого наблюдения человеком через специальные зрительные трубы. Для определения размеров используются специализированные микроскопы, позволяющие с высокой точностью определить длину волны.
• После регистрации светового спектра он подвергается тщательному анализу. Выявляются волны определенной длины и их положение в спектре. Далее выполняется соотношение их положения с принадлежностью к искомым веществам. Делается это с помощью сравнения данных положения волн с информацией, расположенной в методических таблицах, указывающих на типичные длины волн и спектры химических элементов.
• Абсорбционная спектроскопия проводится подобно эмиссионной. В этом случае вещество помещают между источником света и спектральным аппаратом. Проходя через анализируемый материал, испущенный свет достигает спектрального аппарата с «провалами» (линии поглощения) по некоторым длинам волн – они и составляют поглощенный спектр исследуемого материала. Дальнейшая последовательность исследования аналогична для приведенного выше процесса эмиссионной спектроскопии.

Спектры испускания и поглощения: натрий, водород и гелий

Открытие спектрального анализа

Значение спектроскопии для науки

Спектральный анализ позволил человечеству открыть несколько элементов, которые невозможно было определить традиционными методами регистрации химических веществ.

Это такие элементы, как рубидий, цезий, гелий (он был открыт с помощью спектроскопииСолнца – задолго до его обнаружения на Земле), индий, галлий и другие.

Стало понятно, что это и есть новые, доселе неизвестные элементы. Серьезное влияние спектроскопия оказала на становление нынешнего вида металлургической и машиностроительной промышленности, атомной индустрии, сельское хозяйство, где стала одним из главных инструментов систематического анализа.

Огромное значение спектроскопия приобрела в астрофизике

Спровоцировав колоссальный скачок в понимании структуры Вселенной и утверждении того факта, что все сущее состоит из одних и тех же элементов, которыми, в том числе, изобилует и Земля.

Сегодня метод спектрального анализа позволяет ученым определять химический состав находящихся за миллиарды километров от Земли звезд, туманностей, планет и галактик – эти объекты, естественно, не доступны методикам прямого анализа ввиду своего большого  удаления.

С помощью метода абсорбционной спектроскопии возможно изучение далеких космических объектов, не обладающих собственным излучением. Это знание позволяет устанавливать важнейшие характеристики космических объектов: давление, температуру, особенности структуры строения и многое другое.

Спектральный анализ в астрофизике

Спектральный анализ в домашних условиях

Друзья приближается вечер пятницы, это прекрасное интимное время, когда под покровом манящего сумрака можно достать свой спектрометр и всю ночь, до первых лучей восходящего солнца мерить спектр лампы накаливания, а когда взойдет солнце померить и его спектр.

Как у вас все еще нет своего спектрометра? Не беда пройдемте под кат и исправим это недоразумение. Внимание! Данная статья не претендует на статус полноценного туториала, но возможно уже через 20 минут после её прочтения вы разложите свой первый спектр излучения.

Человек и спектроскоп

Я буду повествовать вам в том порядке, в котором проходил все этапы сам, можно сказать от худшего к лучшему. Если кто-то нацелен сразу на более ли менее серьезный результат, то половину статьи можно смело пропустить. Ну а людям с кривыми руками (как у меня) и просто любопытным будет интересно почитать про мои мытарства с самого начала.

В интернете гуляет достаточное количество материалов о том, как собрать спектрометр/спектроскоп своими руками из подручных материалов. Для того чтобы обзавестись спектроскопом в домашних условиях, в самом простом случае понадобится совсем не много — CD/DVD болванка и коробка.

На мои первые опыты в изучении спектра меня натолкнул этот материал — Спектроскопия

Собственно благодаря наработкам автора, я собрал свой первый спектроскоп из пропускающей дифракционной решетки DVD диска и картонной коробки из под чая, а еще ранее до этого мне хватило плотного куска картона с прорезью и пропускающей решетки от DVD болванки. Не могу сказать, что результаты были ошеломляющие, но первые спектры получить вполне удалось, чудом сохраненные фотографии процесса под спойлером Фото спектроскопов и спектраСамый первый вариант с куском картона
Второй вариант с коробкой из под чая И отснятый спектр

Как вариант можно сделать по другому, использовать отражающий слой или использовать спичечный коробок и лезвия.

От спектроскопа к спектрометру

Ну что же предположим, что вы уже посмотрели на спектры всего, что светиться в вашем доме. Возникает логическое развитие ситуации. Как же теперь исследовать то, что получили?

Тут нам опять-таки на помощь придут сразу несколько вариантов.

Первым, что я нашел по тематике спектрального анализа, оказалась разработка зарубежного ученого — «Cell Phone Spectrophotometer», которая предлагает в качестве спектрометра использовать собранный спектроскоп, камеру мобильного телефона и написанное автором бесплатное ПО Интересная система, но ввиду отсутствия компонентов под рукой, саму систему я собирать не стал, а воспользовался только ПО и заранее отснятыми спектрами.

Как ни странно, но использование ПО (CellPhoneSpec.exe), вызвало у меня и у коллеги некоторые затруднения, по большей части эмпирически я разобрался, как оно работает, до сих пор надеюсь, что понял правильно, в любом случае даже если и нет, то в конце статьи я приведу вариант, который железно работает. Ну а пока немного о CellPhoneSpec. Моя инструкция больше похожа на пляски с бубном, но все же. Для работы с программой нам понадобиться образец полного спектра и фото отснятого опытного спектра ну а дальше по порядку: 0) Желательно для удобства положить все фото в одну папку к .exe файлу программы 1) Открываем программу, в поле reference выбираем картинку с образцом полного спектра, в поле sample выбираем фото образца 2) Кликаем на крайний синий участок reference всплывает диалог – выбираем “blue end”, кликаем на красный конец спектра и выбираем “red end” соответственно, ну и тоже самое проделаем для вкладки с образцом. 3) Казалось бы вот и все давай строй графики, но постоянно выскакивает некая ошибка, Я лечу ее так. В полях spectrum parameters удаляю значения после точки и точку включительно ну допустим делаю из 720.0 просто 720 и жму enter и так для всех значений, после этого в поле sample еще раз выбираю тот же рисунок что подкладывал вначале и после этого о чудо загорается кнопка Make Plot 4) Нажимаем Make Plot получаем графики трех каналов (RGB) и суммарный. Полученные данные можно сохранить в CSV СкриншотВид настроенной программы

Не могу сказать насколько достоверен данный метод, но полученные графики худо бедно можно коррелировать с моими ожиданиями и с графиками полученными с помощью SpectralWorkbench., но я все же не буду утверждать, что методика описанная мной на 100% верна (в инструкции автора я особо не вникал).

Самый сок

Ввиду неуверенности в качестве да и не особого удобства получения результатов спектрального анализа полученных ранее, я обратился за помощью к своему талантливому другу и коллеге DrZugrik

И этот золотой человек с прямыми руками собрал мне прекрасный спектроскоп.

За основу он взял разработки проекта PublicLab.org (инструкция по сборке), о котором ранее упоминалось на просторах Хабра

Единственное для моего удобства, он модифицировал данную конструкцию USB видеокамерой, получилось вот так: фото спектрометра