Принципы лазерной спектроскопии и её практические преимущества
При первичной приёмке лома чёрных и цветных металлов крайне важно определить его химический состав, а, возможно, и марку сплава. Для этих целей можно использовать приборы количественной термографии, установки рентгеноструктурного анализа, но всё возрастающую популярность завоёвывают портативные и стационарные лазерные спектрометры. Тому есть ряд причин.
Мы уже писали статью – Анализаторы металлов и сплавов, в этой статье более подробно рассмотрим лазерную спектроскопию и спектрометры, основанные на этом методе.
Химический состав изделий из металлолома с неясным химсоставом может быть выявлен в результате кратковременного воздействия на образец концентрированного и достаточно мощного энергетического импульса. Источником такого импульса могут быть:
- Открытое пламя (пламенная спектроскопия);
- Повышенные температуры (термографическая спектроскопия);
- Оптическое излучение (рентгенографические и лазерные приборы).
При пламенной спектроскопии трудно обеспечить направленное воздействие пламени на образец, которые, отдавая прибору необходимую информацию, разрушается. В процессе термографической спектроскопии удаётся точно фиксировать процентное содержание лишь некоторых химических элементов (в частности, кремния, углерода и марганца). Поэтому термография приемлема лишь при определении марок нелегированных сталей. Рентгенографические установки требуют специально оборудованных помещений и средств безопасности обслуживающего персонала. Все этих ограничений лишены способы спектрального анализа, основанные на воздействии высокоэнергетического лазерного пучка.
Лазерные спектрометры всех типов – стационарные и мобильные – ударно возбуждают электроны в определённом оптическом диапазоне. Известно, что подавляющее большинство легирующих элементов находится в пределах длины волны от 287 нм (для кремния) до 279 нм (магний, марганец). Из-за этого генераторы лазерного излучения получаются компактными и простыми в изготовлении.
Порядок определения химических элементов с помощью лазерного спектрометра заключается в следующем:
- Лазерный генератор воздействует на определённый участок образца;
- В результате неравномерного поглощения энергии различными атомами формируется спектр излучения из линий различной интенсивности и толщины, регистрируемый фотоэлементными пластинами;
- Первичный сигнал подаётся на умножитель, где усиливается;
- Результат выводится на монитор компьютера (для стационарных установок), либо на дисплей портативного устройства.
Стационарные лазерные спектрометры
Из оптических эмиссионных спектрометров отечественного производства, которые применяются на крупных предприятиях по ломопереработке, следует отметить установку МСА-5, которая производится ЗАО «Спектральная лаборатория». С её помощью возможен оперативный контроль химсостава любых металлов и сплавов.
Преимуществами стационарных установок вообще, и МСА-5, в частности, являются:
- Независимость результатов от напряжения питания батарей, поскольку стационарные спектрометры имеют стабилизирующий источник питания.
- Возможность проведения анализа при комфортных внешних условиях (постоянная температура, влажность, отсутствие производственных вибраций).
- Адаптивное программное обеспечение, которое может обновляться в зависимости от поставленных требований и задач.
- Надёжный уровень сервисного обслуживания, который гарантируется при подписании договоров на поставку указанного оборудования.
спектрометр МСА-5
В состав лазерного спектрометра МСА-5 входят: оптический блок с мощным осветителем (позволяет существенно повысить спектральное разрешение), температурный стабилизатор (эффективен для образцов, имеющих температуру отличную, от температуры окружающей среды), аргоносодержащая разрядная камера (отвечает за мощность испускаемого лазерного пучка), искровой генератор импульса, а также считывающая/регистрирующая система.
Точность определения химического элемента в установке МСА-5 характеризуется допустимой величиной рассеивания (дрейфа) показаний фактического спектра излучения, который не превышает 0,8…1.2 нм/мм. Это на порядок выше, чем толщина линии для магния – наиболее «капризного» из легирующих компонентов металлических сплавов.
Разрешающая точность монитора установки составляет 3,46 Мп, что позволяет выполнять качественную оценку даже слабых спектральных линий, это соответствует примерно 0,005% состава определяемого химического элемента в образце.
Прибор достаточно компактен, и может функционировать при разбросе питающего напряжения 210…245 В.
Аналогичными возможностями обладают и иные модели стационарных лазерных спектрометров, как отечественных (МФС-8СЛ), так и импортных (LMA-10, Германия).
к содержанию ↑Мобильные лазерные спектрометры
Безусловным мировым лидером в производстве данной техники считается компания Sciaps, чьи портативные приборы распространены на большинстве средних металлобаз и предприятий Вторчермета.
Из линейки лазерных спектрометров наиболее универсальным считается Sciaps Laser Z300. Он также использует аргонную продувку, поэтому эффективен даже на фрагментах металлолома, загрязнённых поверхностной окалиной или жировыми отложениями.
Прибор состоит из следующих частей:
- Портативного генератора лазерного импульса.
- Электронного умножителя сигнала.
- Цифрового преобразователя.
- Управляющих кнопок.
- Считывающего экрана.
- Питающей батареи.
Sciaps Laser Z300 оснащён специальным разъёмом, при помощи которого может подключаться к стационарной спектрометрической установке (комплект необходимых драйверов поставляется по требованию потребителя за отдельную плату).
Преимущества мобильной техники для определения химического состава металлолома заключаются в следующем:
- Исследуемый образец не нуждается в предварительной очистке поверхности;
- Возможно применение прибора в труднодоступных местах;
- Растрированный 2D-лазер может быстро просканировать достаточно большую поверхность образца;
- Имеется функция быстрого перемещения лазерного пучка на смежную поверхность.
Ограничением портативных лазерных спектрометров считается несколько меньшая (по сравнению со стационарной техникой) точность определения требуемых параметров, и зависимость работы прибора от уровня заряда питающей батареи.
На дачном участке, доставшемся от деда, откопал около тонны металла, несмотря на то что металл пролежал в земле более 15 лет он не заржавел, но при этом магнитится. Объездил половину “приёмок” в своём городе, ни на одной из них нет лазерного спектрометра, сотрудники предлагают тупо сдать метал по цене чёрного лома. Не соглашаюсь, что-то мне подсказывает, этот метал стоит дороже. Спасибо за подсказку в статье, буду искать “приёмку” от “Вторчермет”.