元素試験および分析用の分光計

鋳造金属の組成とグレードの分析

分光化学分析は、化学化合物の分子内の原子と電子の配置を決定するために使用される化学分析の一種です。運動や構造の変化中に吸収されるエネルギーの量を観察します。電磁石放射の波長と強度を測定して、主に品質評価に使用される定量化可能な結果を​​生成します。

分光法と分光計

分光法と分光計は、分光化学分析を議論するときによく現れる用語です。簡単に言えば、分光法 は、サンプル材料に関連するエネルギーの研究であり、分光計 分光分析中に使用される機器です 、分光法の行為。

分光法

分光法は、放射エネルギーとサンプル材料の間の相互作用の研究です。この相互作用により、通常は火花と見なされる可視光の形で電磁波が生成されます。分光法は17 ^番目 に導入されました アイザックニュートン卿が、プリズムを使用して白色光を成分の色に分離し、これらの成分を再結合して白色光を形成できることを発見した世紀。彼は、プリズムが色を作り出すものではなく、代わりに白色光の構成要素の色を分離するように機能することに気づきました。 1800年代初頭、ジョセフフォンフラウンホーファーは、分光法をより正確で定量的な科学技術にさらに進化させる実験を行いました。しかし、それは19 ^日 までではありませんでした 分散光の定量的測定が標準化され、適切なテスト方法として認識された世紀。

分光計

分光計は、スペクトル線を生成し、それらの波長と強度を測定する分光法で使用される機器です。これは、粒子、原子、および分子をそれらの質量、運動量、またはエネルギーによって分離する科学的な装置です。分光計は、化学分析と素粒子物理学に不可欠です。分光計には、光学分光計と質量分析計の2種類があります。

光学分光計

光学分光計、または単に「分光計」は、白色光を分離し、個々の狭い色の帯（スペクトル）を測定することができます。これは、波長または周波数の関数として光の強度を示し、偏向は、プリズムでの屈折、または回折格子での回折によって作成されます。光学分光計は、光分散の概念を使用します。サンプル内の各要素は固有のスペクトルシグネチャを残すため、スペクトル分析はサンプル自体の組成を決定できます。光学分光計は、天文学、金属製造、太陽エネルギー、および半導体産業で一般的です。

質量分析計

質量分析計は、固体、液体、または気体に存在する原子または分子の質量のスペクトルを測定します。これは、質量電荷比と気相イオンの存在量を測定することで実現されます。質量分析計は、製薬科学、バイオテクノロジー、地質学の分野で使用されています。

なぜ分光分析が必要なのですか？

分光技術は多くの技術分野の最前線にあります。分光分析は、研究開発におけるその役割、およびさまざまな産業の材料分析におけるより実用的な役割のために必要です。科学技術は、初期の研究から現代の研究を促進する高度な技術まで、常に分光分析に依存してきました。

高周波分光法は、体内の軟組織を視覚化するために使用される画期的な医療機器である磁気共鳴画像法（MRI）につながりました。ラジオおよびX線分光法は、遠方の星や銀河間分子に関する天文学研究への道を開きました。光学分光法は、物質の化学組成を特定するために、産業および環境環境で日常的に使用されています。分光分析におけるこのアプリケーションがなければ、合金の識別と材料検査の今日の高速で効果的な方法は存在しませんでした。

発光分光法

発光分光法（OES）は、固体金属サンプルの元素成分を測定するために使用される分光法の一般的な形式です。広範囲の元素を高精度かつ正確に分析できるため、鋳造所や金属製造施設で広く使用されています。 OESで使用されるサンプル金属は、一次および二次金属製造の溶融物、またはロッド、プレート、ワイヤー、ボルトなどの加工金属からのものである可能性があります。

発光分光法はどのように機能しますか？

OESは、電源、光学システム、コンピューターシステムの3つの主要コンポーネントを使用して定量分析を提供します。

1）電源

金属サンプル内で原子を励起して活性状態にするためには、電源が必要です。サンプルのごく一部は、電極を介して分光計の高電圧電源を使用して、摂氏数千度に加熱されます。電極と試料金属の電位差により放電が発生します。この放電により、サンプル金属が加熱され、表面で蒸発します。

このプロセス中に、活性化された原子は、各元素に固有の輝線を生成します。放電には、電気アークとスパークの2種類があります。電気アークは、稲妻のように継続的な放電を引き起こします。電気火花は、より突然の放電であり、短時間の発光で、鋭いパチンという音がすることがよくあります。

2）光学システム

光学システムは、プラズマと呼ばれる気化したサンプルから分光計に輝線を転送します。分光計の回折格子は、入射光を元素固有の波長に分離するように機能します。次に、各波長の光の強度が、対応する検出器によって測定されます。このプロセス中に測定された強度は、テスト対象のサンプル金属中の元素の濃度に比例します。各元素はその電子構造に基づいて特定の波長のセットを放出するため、元素の組成はこれらの波長を観察することで決定できます。

3）コンピュータシステム

最後に、データを処理するためにコンピュータシステムが必要です。測定された強度は、事前定義されたキャリブレーションによって処理され、元素濃度が生成されます。最新のテクノロジーにより、ユーザーインターフェースが進歩し、オペレーターの介入を最小限に抑えて明確な結果が得られます。

OESはユーザーフレンドリーで、金属製造業界で広く受け入れられています。人気のある機器ですが、サンプル材料のわずかな表面損傷や定期的なメンテナンスの必要性など、いくつかの制限があります。

発光分光法
長所
短所

• 元素の高速定量（通常1分未満）。
• 低い設備投資と運用コスト。
• 簡単なサンプル準備。
• 鋼中の炭素、窒素、酸素、リン、硫黄の迅速な分析。
• ステンレス鋼または低合金鋼の炭素含有量（％）を計算します。
• 304/316ステンレス鋼と304L/316Lステンレス鋼を区別します。
• 炭素等価性計算への入力データを提供します。

• 完全に「非破壊」ではありません（わずかな表面損傷が予想されます）。
• 小さな部品（10セント硬貨のサイズ未満）をテストすることはできません。
• 狭い場所でのテストは困難です。
• 定期的な校正とメンテナンスが必要です。
• 結果の定期的なサードパーティ認証が必要になる場合があります。

ファウンドリの分光計

発光分光法は、純金属から合金金属までのさまざまな材料に使用できます。ファウンドリだけでなく、航空、自動車、家電業界も、プロセスと品質管理のための分光計の恩恵を受けています。

分光計は、検査、品質管理、合金の識別に使用する場合、鋳物工場のオペレーターによる最小限の介入しか必要としないため、鋳物工場の金属分析に最適な機器であることがよくあります。固定バージョンとポータブルバージョンがあり、どちらも高レベルの精度を備えています。定期的な校正とメンテナンスが必要であり、分光計の結果の有効性を維持するには、結果のサードパーティによる認証が必要になることがよくあります。分光計を使用すると、金属の製造から加工までの金属のライフサイクル全体、およびリサイクルプラントでの耐用年数の終了時に金属を分析できます。