Spektrometr iskrowy – charakterystyka i zastosowanie

W laboratoriach oraz niektórych dziedzinach przemysłu analiza jakościowa, ilościowa oraz kontrola składu chemicznego metalu jest kluczowym elementem przeprowadzanych badań lub procesu produkcyjnego. Taka analiza wymaga doskonale działającego i dokładnego mechanizmu, czyli spektrometru iskrowego.

Co to jest spektrometr iskrowy?

Spektrometr iskrowy to urządzenie optyczne wykorzystywane do precyzyjnej i szybkiej analizy składu chemicznego metali, np. w stalach – badania zawartości węgla, siarki, fosforu, krzemu i innych pierwiastków stopowych. Dodatkowo umożliwia zidentyfikowanie stopu metalu z bardzo dużą precyzją. Spektrometry są wyposażone w biblioteki danych, które pozwalają przyporządkować skład próbki do konkretnego składu chemicznego gatunku zapisanego w bazie danych.

Najważniejszymi podzespołami w spektrometrze iskrowym są:

• źródło wzbudzenia – źródłami energii elektrycznej najczęściej są łuki prądu zmiennego lub stałego, iskra, plazma indukcyjnie sprężona lub indukcyjna plazma mikrofalowa,
• układ optyczny,
• detektor – narzędzie służące do zmiany energii elektromagnetycznej na energię elektryczną proporcjonalną do intensywności emitowanego promieniowania,
• układ elektroniczny – steruje pracą i rejestruje otrzymane widma,
• komputer – analizuje i przerabia dane pomiarowe oraz kontroluje pracę instrumentu.

Działanie i zastosowanie spektrometru iskrowego

Oczyszczona próbka metalu wkładana jest w statyw spektrometru. Fragment powierzchni badanego przedmiotu umieszczany jest naprzeciw przeciwelektrody, po czym komora jest szczelnie zamykana i wypełniana argonem. Następnie generowane jest wyładowanie iskrowe między materiałem a przeciwelektrodą. Powoduje to wytworzenie stanu plazmy pomiędzy elektrodami. Atomy wprowadzane są w stan wzbudzenia i wywołują emisję promieniowania elektromagnetycznego. Wysokoenergetyczna iskra przetapia i ujednorodnia mały fragment powierzchni próbki. W następnym etapie stosowana jest niższa energia wyładowania, by wzbudzić atomy pierwiastków i rejestrowany jest sygnał analityczny. Podczas tej fazy spektrometr analizuje widmo emitowane przez wytwarzaną plazmę.

Zaletą jest, iż należy do metod bezinwazyjnych, nieniszczących próbki. Ta metoda badania jest szybka i prosta, nie wymaga czasochłonnych przygotowań.

Spektrometry iskrowe pozwalają na uzyskanie bardzo dokładnych wyników analizy wielopierwiastkowej, dlatego znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle metalurgicznym – w produkcji surowców, odlewniach, w przetwórstwie metali, a także w branży motoryzacyjnej.

Za pomocą tych urządzeń bada się przede wszystkim:

• stale nierdzewne,
• stale niskostopowe,
• stale konstrukcyjne,
• stopy aluminium,
• stopy miedzi,
• stopy niklu i inne.

Rodzaje spektrometrów iskrowych

Spektrometr stacjonarny wykorzystuje się do analizy składu stopów w laboratorium czy na linii produkcyjnej. Próbki do analizy muszą być odpowiednio przygotowane i dostarczone do stanowiska analiz.

Spektrometr mobilny, jak sama nazwa wskazuje, to wykorzystanie wszystkich właściwości urządzenia z dodatkową możliwością jego transportu w dowolne miejsce. To umożliwia dokonywanie analiz i pomiarów jeszcze szybciej i sprawniej, gdzie konieczne jest podejmowanie wyjątkowo szybkich decyzji już na etapie odbioru materiałów np. w magazynie przyjęć, w celu ich identyfikacji lub oceny zawartości np. określenie gatunku stali konstrukcji mostowej; rurociągów; sprawdzenie, czy wszystkie kute elementy wykonano z tego samego materiału wyjściowego, segregacja złomu, analiza dużych elementów np. odlewów itp.