Спектральный анализ металла. Термоэлектрический анализатор металлов и сплавов тамис. Проведение испытаний на предприятии заказчика

Исследование характеристик металлов и сплавов востребовано в различных сферах: в строительстве, инженерном проектировании, в машиностроении и станкостроении. В рамках экспертизы можно исследовать характеристики металлоконструкций, труб, арматуры, качественный и количественный состав сплавов, металлов и изделий из них.

Целью металловедческой экспертизы может быть обнаружение следов металлизации на объекте, выявление химического состава металлов и сплавов. Исследование такого рода помогают установить факты поддельного производства продукции. По физико-химической экспертизе можно установить нарушение производственного процесса, вызванного различными дефектами металла или сплава. Подобные нарушения могут отразиться на сроке эксплуатации изделия.

Экспертиза металлов, сплавов и изделий из них имеет большой спектр применения в различных областях. Металловедческая экспертиза так же используется в области, касающиеся защиты прав потребителей.

Экспертиза металлов широко применимы в криминалистике для исследования изделий их драгоценных металлов. К таким объектам относятся все детали, состав которых входят благородные металлы (золота, серебра, платины и др.).

Экспертиза металлов и сплавов определяет:

• состав изделия;
• способ изготовления;
• сферу применения;
• способы эксплуатации;

По цели исследования экспертизой решаются задачи:

Идентификационные задачи:

• определение классификационных признаков исследуемого предмета;
• определение источника производства сравниваемых металлических изделий;

Объекты, предоставляемые для проведения экспертизы металлов, сплавов и изделий из них:

Список объектов данной экспертизы очень широк, что является следствием использования изделий из металлов и их сплавов в современной жизни. Все металлические объекты принято классифицировать по материалу, из которого они изготовлены, и по функциональному признаку.

• холодное оружие (ножи, сабли, кортики, кинжалы, кастеты, мечи, стилеты и пр.);
• автомобильные запчасти;
• изделия из черных металлов (провода и кабели, рельсы, стыковые накладки, изделия из чугуна и пр.);
• изделия из цветных металлов (арматура, трубы, заготовки и пр.);
• изделия из драгоценных металлов (детали для электроники, ювелирные изделия и пр.);
• бытовые предметы (посуда, элементы одежды, мебельные детали, светильники и пр.).

Мы работаем с лабораторным комплексом, оснащенным необходимым оборудованием. В нашей компании работают специалисты, имеющие возможность проводить широкий круг исследований

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

(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. Уникальность испускаемого спектра атомом характеризует его глубокую взаимосвязь с физической структурой.

Видимый свет представляет собой излучение с 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 ) при наличии постоянного источника энергии.

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.

• 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.

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. Линии этих элементов были обнаружены в спектрах излучения газов, и на момент их исследования были неидентифицируемы.

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.

С каждым годом методы проведения лабораторных анализов в АНО «Центре Химических Экспертиз» становятся все более совершенными, однако передовые позиции, несомненно, занимает спектральный анализ металлов и изделий из них. Причем, он основывается не только на выявлении элементов, входящих в их состав, но и на определении их характеристик и свойств, которые нужно учитывать в указанных системах.

Что представляет собой спектральный анализ металлов

Данное исследование позволяет выявить количественный и качественный состав металлов. Оно осуществляется непосредственно в лабораторных условиях, опытными специалистами. Определение количественных показателей заключается в исчислении объема, содержания примесей, указанных в цифрах и процентном содержании.

А определение качественных показателей подразумевает под собой выявления свойств и характеристик конкретного компонента. Анализы обоих видов проводятся с помощью современного оборудования и специальных реактивов.

Выбор материалов для спектрального исследования

Несомненно, спектральный анализ металлов может выполняться в различных сферах. Чаще всего он применим в сфере металлургии, ведь там обязательно должны создаваться учреждения, которые с помощью специальных методов выявляют качество производственной продукции конкретной марки.

Проводить данный анализ целесообразно перед приобретением большой партии металлопродукции, для того, чтобы убедиться в её качестве и пригодности. Заказчику для проведения анализа потребуется лишь предоставить в лабораторию небольшой образец металла и заполнить необходимую документацию. Получить результаты исследования на руки можно в сроки, установленные конкретным учреждением.

Для любой отрасли, так или иначе связанной с металлами - от скупки до металлургического завода, важен состав сырья. Металлы и сплавы должны соответствовать определенным параметрам и для того, чтобы выпустить качественное изделие, и для того, чтобы можно было объективно оценить стоимость материала, попадающего в скупку. Один из таких параметров - химический анализ состава, который можно произвести, не прибегая к помощи сложных реактивов и длительных процессов.

Один из методов определить точный состав металла - спектральный анализ. Он основан на взаимодействии материй со спектром излучений, включая электромагнитное и акустическое. Атомы каждого химического элемента имеют свои резонансные частоты, на которых они излучают или поглощают свет. От количества и состояния вещества зависит количество и интенсивность линий, которые показывает спектрометр. В зависимости от целей проводят разные методы спектрального анализа.

Спектральный анализ золота

Для определения состава металла применяется рентгенофлуоресцентный (элементный) анализ. Спектрометр воздействует на материал рентгеновским излучением, при этом электроны вещества переходят на высокие энергетические уровни. Излишек энергии в виде фотона со строго определенным значением для каждого вещества попадает на детектор прибора. Фотон преобразовывается в импульс напряжения, показания снимаются прибором и передаются на экран в виде графика или цифровых показателей.

Сам метод анализа был открыт в начале XX века, а рентгенофлуоресцентный прибор создали только в 1948 году. Сейчас спектрометры получили широкое распространение - их используют не только в металлургии, ювелирном деле и химической индустрии, но и в нефтяной промышленности, археологии, с их помощью определяют наличие тяжелых металлов в почве и воде, в пищевых продуктах. Ими пользуются экологи и геологи, спектрометрами оснащены даже межпланетные аппараты, берущие пробы пород. Распространенность этого метода связана со скоростью получения результатов и высокой точностью показателей.

Применение спектрального анализа

При вторичной переработке спектральный анализ помогает точно рассортировать черный и цветной лом, а так же определить выбраковку, в литейном производстве с помощью него готовая продукция проходит входной и сертификационный контроль, в промышленности - подтверждение качества материалов, поступивших в производство. Для анализа берутся или специально отлитые пробы, аналогичные по составу основному металлов, или анализируется сам металл. За несколько минут можно получить анализ стали и чугунов, медных, алюминиевых, свинцовых и оловянных сплавов, сплавов титана, лигатур, содержание драгоценных металлов.

В зависимости от целей и объемов существуют стационарные лабораторные, мобильные и портативные спектрометры. Последние наиболее популярны в компаниях по скупке металлов, так как имеют небольшой размер, вес, удобную форму «пистолет», высокую производительность - около 1000 тестов в день и точность показаний. Они просты в применении, работают в воздушной и аргонной среде, имеют марочник металлов, а количество идентифицируемых элементов зависит от характеристик и профиля работы организации - есть приборы и с неограниченным количеством.

Портативные анализаторы позволяют определить количество примесей в ювелирном ломе при скупке золота, покупка автомобильных катализаторов, электронного лома, цветных и черных металлов и их дальнейшая переработка также сопровождается спектральным анализом.

Спектральный анализ в Москве

Наша компания осуществляет моментальную оценку принимаемых в скупку изделий из золота. Менее чем за минуту используемое нами оборудование устанавливает точное содержание золота и других металлов. Это позволяет производить оперативную и объективную оценку в присутствии клиента.

Химический анализ металлов и сплавов является важной процедурой, с помощью которой можно контролировать наличие в том или ином металле каких либо, примесей и включений других металлов.

Физико-химические методы анализа металлов и сплавов позволят определить чистоту материала на предмет содержания в нем нежелательных примесей. Это в свою очередь позволит прогнозировать технические характеристики будущих деталей, которые будут производиться с применением того или иного металла либо сплавов нескольких металлов.

Когда и зачем необходим химический анализ металлов и сплавов

Металлы, а также их сплавы широко используются в разных отраслях промышленности и народного хозяйства. В чистом виде металлы практически не существуют – они обязательно имеют в своем составе природные или технологические примеси.

От их типа и концентрации напрямую зависят эксплуатационные параметры будущей продукции, которая производится из металла. Использование химического анализа позволит установить его качественные и количественные свойства.

В процессе проведения этого анализа можно будет:

• определить количественный состав элементов;
• выявить наличие инородных соединений и их концентрацию;
• провести идентификацию сплавов;
• определять соотношение смесей в металлических сплавах при их маркировке.

Стоит отметить: современный химический анализ металлов и сплавов является важным этапом экспертизы, которая используется для определения качества продукции и проверки ее соответствия текущим стандартам.

В основном анализ проводится для:

• экспертизы качества выпускаемых металлов и сплавов на предмет их соответствия текущим стандартам;
• контроля технологических процессов на этапе производства;
• выполнения входной экспертизы сырья;
• разработки и создания новых сплавов;
• сертификации продукции из металла;
• освидетельствования чистых металлов.

Методы химического анализа металлов

На сегодняшний день существует много разных методов, которые позволяют провести качественный анализ металлов и их сплавов.

Используемые методы должны обеспечивать:

• экспрессность проведения процедуры анализа;
• высокую точность результатов;
• неразрушающий контроль;
• простоту проведения эксперимента;
• возможность использования методик анализа в производственном цикле.

Среди основных методов контроля наиболее часто используется спектральный анализ и эмиссионный химический анализ. Рассмотрим их особенности и преимущества.

Эмиссионный химический анализ

Этот метод исследования металлов позволяет за короткий промежуток времени с высокой вероятностью определить истинный состав исследуемого металлического образца.

На сегодня существует несколько разновидностей этого метода, но наибольшую популярность имеет атомно-эмиссионный спектральный анализ. Именно он используется в научной и промышленной отрасли для экспрессного получения данных о составе исследуемых образцов.

Эти методы анализа металлов и сплавов основаны на том принципе, что кратковременный высокотемпературный нагрев металла приводит к тому, что атомы вещества переводятся в возбужденное состояние и излучают свет в определенном интервале частот. Для каждого химического элемента характерна своя частота, по которой его и можно идентифицировать.

Полихроматическое излучение, которое получается вследствие такого разогрева металлического образца, фокусируется с помощью специальной оптической системы, с последующим раскладыванием в спектр и фиксированием регистратором.

После этого полученные данные обрабатываются с помощью компьютерной техники, на которой установлено специализированное программное обеспечение, позволяющее, используя аналитические инструменты, провести качественный и количественный анализ.

Точность метода

Метод эмиссионного анализа отличается высокими показателями чувствительности, что позволяет определять даже малейшие концентрации примесей в металлах и сплавах.

Показатель чувствительности этого метода находится в пределах 10 -5 …10 -7 %.

Что касается точности, то метод позволяет получить показатель в пределах 5% при небольших концентрациях примесей и до 3% при более высоком содержании примесей.

Преимущества

К основным преимуществам современного эмиссионного анализа относятся:

• возможность параллельного определения сразу 70-ти элементов в составе металла или его сплава;
• высокая скорость проводимого анализа;
• низкий порог обнаружения примесей;
• высокая точность и чувствительность;
• информативность полученных результатов;
• относительная простота проведения эксперимента;
• возможность исследования больших изделий без ущерба их поверхностям.

Спектральный анализ

Спектральный анализ относится к методам качественного и количественного контроля составов металлических объектов. Он основан на проведении изучения спектров взаимодействия металла с используемым излучением.

Исследованию подлежат спектры электромагнитного излучения, спектры распределения элементарных частиц по энергиям и массам, а также спектры акустических волн. Комплексный анализ перечисленных спектров позволит получить детальную картину о составе исследуемого образца.

Спектральный анализ – это современный метод анализа металлов и сплавов, который основан на излучении и поглощении атомами электромагнитных волн при переходе из одного энергетического уровня на другой. Чтобы перевести атомы вещества в возбужденное состояние, в котором они могут излучать характеристическое излучение, в спектральном анализе используются разные источники света.

Общим для всех используемых источников является использование плазмы (высоко- или низкотемпературной), кинетической энергии частиц которой достаточно, чтобы перевести атомы вещества в возбужденное состояние. С помощью специального регистратора фиксируются полученные спектры, которые обрабатываются посредством программного обеспечения на компьютерной технике.

Точность метода

Химический спектральный анализ относится к высокоточным методам, которые также отличаются и высокой чувствительностью к наличию примесей в исследуемых образцах.

Показатель точности для этого метода находится в пределах от 10 -7 до 10 -6 %, а величина относительного стандартного отклонения составляет порядка 0,15…0,3.

Преимущества

• простота проведения контроля исследуемых образцов;
• потребность минимального количества исследуемого вещества;
• возможность определения различных примесей;
• высокая точность и надежность измерений;
• возможность применения метода в условиях технологического процесса.

Заключение

Выполнение химического анализа металлов и сплавов стало необходимым атрибутом в различных отраслях промышленности. Без этой процедуры не проводятся технологические процессы в отрасли производства сталей, она необходима при создании и выпуске новых материалов, а также контроле выпускаемой продукции современными предприятиями.

От правильности и точности проведенного анализа будет зависеть качество и надежность будущей продукции, которая производится с использованием металлов и их сплавов.