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    在PMI技術中:XRF、LIBS和OES有什么區別?

    更新時間:2021-07-09 點擊次數:2808
    現今社會,隨著人們對安全性、可靠性、可追溯性和法規執行等方面的意識不斷提高,材料驗證已成為整個制造業、能源市場安全和可靠性計劃的重要組成部分。
     

     

    雖然工業中材料使用的規范越來越具體,但對現場各種PMI試驗的需求也在穩步增加。手持XRF、OES和手持LIBS分析儀都是用于快速確定、準確和可靠分析的常用技術,每一種設備都有其*的優勢,為用戶提供材料成分的定性和定量分析,廣泛的應用于以下幾個方面:

    1、來料檢驗:確保產品或部件是合規的合金
    2、制造:確保焊接部件及其填充金屬是合規的合金,滿足規定的材料要求
    3、庫房管理:分類和識別未知或錯誤標記的材料,確保正確的材料用于對應工藝
    4、PMI過程中應用:用于驗證當前材料是否符合要求規范
     

    在進行材料分析時,了解每種設備的局限性和差異至關重要。手持XRF、OES和手持LIBS分析儀都可應用于石油化工、煉油、發電、制造、制藥、核能和航空航天的生產和資產完整性管理項目中,這些驗證手段有助于消除有害材料的混入、識別未知材料、提高產品質量,并有助于防止工傷。在確定待分析材料時,每個驗證手段都有不同的要求,每種材料都有不同的要求,因此了解每種設備將有助于確定使用哪種技術來驗證材料。
     

    01 手持X射線熒光

    X射線熒光(XRF)是無損檢測(NDT)方法,為用戶提供便攜無損的分析手段,可提供快速、準確的分析結果。手持式XRF分析儀使用X射線管將X射線束發射到樣品中,激發電子并將其從內層移開,內層的空位被外層的電子所取代,當電子填充空穴發生躍遷時,會以二次X射線的形式釋放能量,這種二次能量的釋放被稱為熒光。每一個元素都會釋放自己*的能量特征譜線,通過測量樣品釋放的能量特征譜線,可以確定存在哪些元素,這一過程進行了定性分析,然后,通過測量單一能量的強度并根據校正因子進行計算,就可以測量樣品中每種元素的含量,這一過程進行了定量分析。

     

     

    手持XRF分析儀能夠測量低濃度的輕元素,如硅、磷、硫、鋁和鎂。同時XRF對可測量的元素有限制,比鎂輕的元素不能用XRF測量,XRF的這種局限性使得無法對低碳不銹鋼、碳鋼和低合金鋼等材料進行分級,因此用XRF分析儀無法測量碳含量。例如,XRF可以測量用于識別316不銹鋼所需的元素,但無法測量用于識別同一316材料是L級還是H級所需的碳,碳是檢驗不同等級不銹鋼(即316L或316H)所需的基本元素。


    02 光學發射光譜

    光學發射光譜(OES)是一種光學方法,可用于檢測幾乎所有類型的元素,包括不銹鋼、鎳和碳鋼等不同基體中的碳和輕元素。OES技術通過測量碳元素來分級材料,識別低碳或高碳不銹鋼等合金,例如:41xx系列、86xx系列和10xx系列碳鋼等低合金。

    雖然OES被認為是一種便攜的技術,但將其歸類為可移動技術。OES儀器的重量和尺寸因制造商而異,一般重量可達45-60磅(20-27kg)以上,并且需要一個氬氣罐,根據所用罐的尺寸,該罐的重量約為20磅(9kg)。儀器和氬氣罐通常用手推車運輸,協助儀器移動。由于現場移動OES的重量和尺寸,在高空作業區域作業可能需要機械協助,以便將OES儀器提升至較高平臺。此外,當使用OES進行分析時,每個要分析的樣品都需要使用研磨機進行樣品制備,該研磨機使用鋯鋁氧化物砂盤來制備表面。樣品制備是任何OES分析中的一個關鍵步驟,如果樣品制備不當,會產生不理想和不準確的結果。  

    在OES技術中,原子也被激發,但是激發能量來自于樣品和儀器電極之間形成的火花。與利用X射線管照射樣品的XRF不同,OES使用火花的能量,使樣品中的電子發射光,并將其轉化為光譜圖。每一種元素都產生一種特征波長的光,同時測量光譜中該光的峰值強度,OES分析儀便可以對材料成分進行定性和定量分析。盡管OES被認為是一種無損檢測方法,但樣品的制備需要使用機械砂輪裝置,火花也會在樣品表面留下一個小的燒傷,分析后需要清除。
     

    03 激光誘導擊穿光譜

    激光誘導擊穿光譜(LIBS)已經存在很多年了,是一種主要用于實驗室設備的技術。隨著技術的最新進展,這項技術現已發展成為一種便攜式手持分析儀,能夠在現場測量碳,用于材料鑒定和材料分級。與OES一樣,LIBS手持式分析儀分析碳也需要氬氣,但LIBS分析儀無需使用外部的氬氣罐、調節器和軟管等裝置與儀器進行連接,而是使用集成在儀器中的自耗氬氣罐;分析儀使用鋰電池,儀器重量小于6.5磅(2.9kg)。

     

     

    LIBS分析儀分析前也需要樣品制備,但儀器、研磨機和砂光盤均采用手持式尺寸都可以裝在一個小箱子里,可以輕松實現將儀器運送到高架工作平臺、管道溝渠和難以接近的區域,為用戶在現場碳分析過程中提供真正的手持便攜性。適當的樣品制備是樣品分析的關鍵步驟,樣品制備不良會產生不良結果,通過適當的樣品制備,用戶可以獲得快速、可靠和準確的結果。LIBS分析儀可用于測量低濃度的輕元素,如碳、硅和鋁。LIBS分析儀的功能使用戶能夠輕松地對L和H級不銹鋼、低合金和碳鋼進行分級。LIBS分析儀還可以進行碳當量(CE)或殘余元素(RE)計算,用戶可以在一個簡單直觀的操作界面進行編輯。

     

    LIBS技術利用脈沖激光燒蝕樣品表面,產生等離子體。當等離子體冷卻時,來自冷卻等離子體的電子被激發,導致等離子體發光。周期表中的每個元素都會產生一個*的LIBS譜峰。通過探測器檢測元素發出的特征光譜,可以檢測出樣品中存在哪些元素。通過測量樣品中的光譜峰值及其強度,可以快速測定化學成分,并用百分比濃度(%)或百萬分比濃度(PPM)進行量化。


    結論

    上述幾種準確可行的技術均可以在現場實現化學分析。XRF、OES和LIBS技術為用戶提供了一個便攜式選項來驗證或分級材料。了解每種技術的差異和局限性將有助于用戶選擇儀器,進一步滿足所分析材料的特定要求。

     

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    朗鐸科技,全球科學服務領域的方向標-賽默飛世爾科技(Thermo Fisher Scientific)中國區域戰略合作伙伴。作為工業檢測分析系統解決方案服務商,我們致力于為中國客戶提供全球高品質的分析儀器、專業的應用技術支持、優質的售后服務等系統解決方案。朗鐸科技是賽默飛世爾尼通(Niton)手持式光譜儀在合金/地礦行業的中國區總經銷商,同時也是賽默飛世爾ARL全譜直讀光譜儀中國區總經銷商。目前朗鐸科技主要產品包括手持式合金光譜儀、手持式礦石光譜儀、手持激光誘導擊穿光譜儀、直讀光譜儀等系列產品。
     

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