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建筑材料
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常见合金成份检测工艺之比较


在合金制作及铸造行业,原材料及成品的化学成份为提供高品质产品的其中一项最为重要的因素。为了得到可靠的数据,行业间一般都是使用火花直读光谱仪(SPARK-OES)、感应耦合电浆原子发射光谱仪(ICP-OES)以及越来越普遍的手提式X射线萤光光谱仪(XRF)进行成份化验。究竟各种化验方式有什么优缺点及适用于那个范围?

 
感应耦合电浆原子发射光谱仪(ICP-OES)–精准度极高,适合测量低浓度物质

ICP-OES的原理是将样品溶液经由雾化器雾化,再进入摄氏约10000度的感应耦合电浆中游离化;在此过程中所有元素将会产生其特定之光谱线且离子浓度越高其光之强度越强,再利用侦测器侦测定量。 ICP-OES的精准度极高,适合测量低浓度物质,可以达ppb级。但设备成本高,并需要液化样品,使用上会较为不方便。

 
火花直读光谱仪(SPARK-OES)–快捷、高效、广泛应用于金属产品

SPARK-OES的原理和ICP-OES相近,差异在于SPARK-OES的激发源为「火花」,由电极与样品之间所产生的电孤去激发原子并释放独特的光谱;再利用侦测器侦测定量。精准度虽然较ICP-OES低,但设备成本较低,而且并不需要将样品制成溶液,大多数生产商使用SPARK-OES作品质监控用途。

 
手提式 X 射线萤光光谱仪(XRF)– 便宜、快捷、操作简单

XRF的原理是以高强度的X射线照射样品,样品会因吸收X射线的能量而被激发,放出所含元素本身特有的萤光光谱。根据不同波长的强度,就可以分析样品中所含的元素种类和含量。

 
ICP-OES和SPARK-OES这两种化验方式均为破坏性测试,亦需要于化验前进行样品准备,所以越来越多公司为了提升工作效率,希望引进更方便快捷的测试方式,而其中一种较为普遍的就是手提式X射线萤光光谱仪(XRF)。手提式XRF相对两种传统技术方便、快捷、便宜、不需要进行样品准备及不是破坏性测试,的确提高了不少的工作效率。

 
手提式XRF的化验有什么限制
按照理论,XRF是可以进行定量及定性分析,但需要在极为严紧的状态下才可以达到。

  1. 某些元素所发出的波长会相互干扰并造成误判,这需要由专业人员进行分析,一般操作员并不容易做到;
  2. X射线源一般只会产生单一的X射线并激发特定的元素,需要因应不同的样品而选择适合的X射线源;
  3. 手提式XRF亦只适合检测高原子序元素(原子序比硫(S)高),因为原子序低的元素所放出的萤光能量较低,容易于抵达感应器前被空气吸收,从而得不到正确的数据。由于一般锌/铝合金均含有低原子序元素(如铝、镁等),特别不适合使用手提式XRF进行检测;
  4. 如样品厚度小于10mm,某些元素的检测值会有严重的误差;
  5. 测试时间对XRF的准确度也有很大的影响,如只进行定性测试,可能十秒钟就够了。但如果需要进行定量测试,而达到ppm级,则需要10分钟或以上,不然化验结果会不够精准。
 
 

手提式 XRF

SPARK-OES

ICP-OES

设备成本

较低

样品准备时间

极短

化验需时

极短 (定性) /
中 (定量)

精准度

极高

破坏性测试

适合检查之元素范围

原子序大于 16
的元素

可以存在于固体
的元素

可以溶于溶液
之元素

 

总结: 手提XRF一般只用作定性测试,用作初步检查样品中有没有某些元素的存在,或是该元素的含量是高或是低;并不适合用作精准的定量测试,及发出产品分析报告(CA)或验收之用。