آنالیز کوانتومتری

آنالیز کوانتومتری که به طیف سنج جرقه(Spark Emission Spectroscopy) نیز شناخته می شود، یکی از متداول ترین روش های آنالیز در متالورژی و روشی کمی و کیفی برای تعیین ترکیب شیمیایی ماده و آلیاژ فلزی به شمار می رود.این فرایند نقش مهمی در کنترل کیفیت صنایع متالورژی دارد، زیرا امکان شناسایی نوع و غلظت عناصر تشکیل دهنده آلیاژ نمونه را فراهم می کند.

 

اساس کار آنالیز کوانتومتری

اساس کار این آنالیز بر پایه نشر نوری (طیف سنجی نوری جرقه SES) می باشد. به کمک یک جرقه یا قوس الکتریکی، محدوده ی مشخصی از نمونه تحت حرارت قرار گرفته و در اثر تخلیه الکتریکی، تبخیر می شود. اتم ها و یون های حاصل از تبخیر، تحریک شده و از خود تابش نوری گسیل می دهند.این تابش توسط یک فیبر نوری از طیف سنج عبور می کند.

هر عنصر طول موج بازتابیده شده منحصر به فرد خود را دارد که با توجه به محدوده این طول موج ها، مناسب ترین خط نشری برای تعیین نوع عنصر و اندازه گیری غلظت آن درنمونه انتخاب می شود. شدت نشر هر عنصر با غلظت آن متناسب است و با استفاده از نمونه های استاندارد و منحنی های کالیبراسیون، غلظت عنصر محاسبه می شود.

به این صورت به وسیله طول موج منحصر به فرد هر عنصر، عناصر تشکیل دهنده آلیاژ شناسایی شده و همچنین با مقایسه نمونه های استاندارد و منحنی های کالیبراسیون با خط نشری هر عنصر، غلظت آن در آلیاژ به دست می آید.

نکته مهم در استفاده از این آنالیز، مشخص بودن عنصر پایه است. به این دلیل که هر دستگاه محدودیت هایی در نوع عنصر پایه دارند، مشخص بودن عنصری که بیشترین حضور را در قطعه مورد نظر دارد(عنصر پایه) بسیار کارآمد خواهد بود.

 

نمونه ای دستگاه کوانتومتری یا optical emission spectroscopy

 

اجزای دستگاه الکترومتری:

 

- تحریک کننده:

 که در دو نوع جرقه ای و کمانی،وظیفه ایجاد جرقه SES در ولتاژ بالا و پایین را بر عهده دارد.

جرقه ای: در این نوع، تحریک در ولتاژ بالا و زمان بسیار کم انجام شده و نتیجه دقت بسیار بالاتری دارد.

کمانی: در این نوع، تحریک در ولتاژ و دقت پایین تری انجام می شود و عموما برای آنالیز های کیفی و سریع استفاده می شود.

 

- مخزن گاز:

شامل گاز های خنثی آرگون و هلیم یا مخلوطی از آن دو، که برای جلوگیری از نشر عناصر نامربوط و همچنین خروج عناصر فلزی پراکنده شده در حین جرقه زدن و تخلیه الکترونی استفاده می شود.

 

- قسمت اپتیک:

که دارای دو بخش تک رنگ کننده و آشکارساز است.

تک رنگ کننده وظیفه ی تجزیه تابش نوری ارسالی را داشته که خود شامل دو بخش سیستم شکاف و عامل تجزیه کننده نور است.تجزیه کننده نور نیز در دو نوع شبکه و منشور وجود دارد.

 

- بخش آشکار ساز:

برای سنجش شدت تابش نور به وسیله ی تبدیل انرژی تابشی به الکتریکی، می باشد.آشکارسازها نیز در دو نوع فتومالتی پلایر و نیمه هادی استفاده می گردند.

 

 

شماتیکی از فرایند جرقه زنی و بخش اپتیک

 

 

از کاربرد های این روش می توان به:

آنالیز انواع فولاد ها(کربنی، آلیاژی، ضد سایش و...)،

آنالیز انواع چدن ها (خاکستری،داکتیل و...)،

آنالیز انواع آلیاژ های آلومینیوم، نیکل و تیتانیوم و...،

و همچنین شناسایی عناصر مختلف حتی عناصر کم مقدار و ناخواسته

اشاره کرد.

 

و از مزایای آن میتوان به:

نمونه سازی آسان،

دقت بالا و نتایج قابل اطمینان،

ارزان تر بودن نسبت به دیگر روش های آنالیز،

و سرعت بالا

اشاره نمود.

 

                       

 

 

 

در شکل زیر نمونه ای از جواب آنالیز دستگاه کوانتومتری آورده شده است.