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在PMI技术中:XRF、LIBS和OES有什么区别?

时间:2021-07-09 点击次数:172
现今社会,随着人们对安全性、可靠性、可追溯性和法规执行等方面的意识不断提高,材料验证已成为整个制造业、能源市场安全和可靠性计划的重要组成部分。
 

 

虽然工业中材料使用的规范越来越具体,但对现场各种PMI试验的需求也在稳步增加。手持XRF、OES和手持LIBS分析仪都是用于快速确定、准确和可靠分析的常用技术,每一种设备都有其独特的优势,为用户提供材料成分的定性和定量分析,广泛的应用于以下几个方面:

1、来料检验:确保产品或部件是合规的合金
2、制造:确保焊接部件及其填充金属是合规的合金,满足规定的材料要求
3、库房管理:分类和识别未知或错误标记的材料,确保正确的材料用于对应工艺
4、PMI过程中应用:用于验证当前材料是否符合要求规范
 

在进行材料分析时,了解每种设备的局限性和差异至关重要。手持XRF、OES和手持LIBS分析仪都可应用于石油化工、炼油、发电、制造、制药、核能和航空航天的生产和资产完整性管理项目中,这些验证手段有助于消除有害材料的混入、识别未知材料、提高产品质量,并有助于防止工伤。在确定待分析材料时,每个验证手段都有不同的要求,每种材料都有不同的要求,因此了解每种设备将有助于确定使用哪种技术来验证材料。
 

01 手持X射线荧光

X射线荧光(XRF)是无损检测(NDT)方法,为用户提供便携无损的分析手段,可提供快速、准确的分析结果。手持式XRF分析仪使用X射线管将X射线束发射到样品中,激发电子并将其从内层移开,内层的空位被外层的电子所取代,当电子填充空穴发生跃迁时,会以二次X射线的形式释放能量,这种二次能量的释放被称为荧光。每一个元素都会释放自己独特的能量特征谱线,通过测量样品释放的能量特征谱线,可以确定存在哪些元素,这一过程进行了定性分析,然后,通过测量单一能量的强度并根据校正因子进行计算,就可以测量样品中每种元素的含量,这一过程进行了定量分析。

 

 

手持XRF分析仪能够测量低浓度的轻元素,如硅、磷、硫、铝和镁。同时XRF对可测量的元素有限制,比镁轻的元素不能用XRF测量,XRF的这种局限性使得无法对低碳不锈钢、碳钢和低合金钢等材料进行分级,因此用XRF分析仪无法测量碳含量。例如,XRF可以测量用于识别316不锈钢所需的元素,但无法测量用于识别同一316材料是L级还是H级所需的碳,碳是检验不同等级不锈钢(即316L或316H)所需的基本元素。


02 光学发射光谱

光学发射光谱(OES)是一种光学方法,可用于检测几乎所有类型的元素,包括不锈钢、镍和碳钢等不同基体中的碳和轻元素。OES技术通过测量碳元素来分级材料,识别低碳或高碳不锈钢等合金,例如:41xx系列、86xx系列和10xx系列碳钢等低合金。

虽然OES被认为是一种便携的技术,但最好将其归类为可移动技术。OES仪器的重量和尺寸因制造商而异,一般重量可达45-60磅(20-27kg)以上,并且需要一个氩气罐,根据所用罐的尺寸,该罐的重量约为20磅(9kg)。仪器和氩气罐通常用手推车运输,协助仪器移动。由于现场移动OES的重量和尺寸,在高空作业区域作业可能需要机械协助,以便将OES仪器提升至较高平台。此外,当使用OES进行分析时,每个要分析的样品都需要使用研磨机进行样品制备,该研磨机使用锆铝氧化物砂盘来制备表面。样品制备是任何OES分析中的一个关键步骤,如果样品制备不当,会产生不理想和不准确的结果。  

在OES技术中,原子也被激发,但是激发能量来自于样品和仪器电极之间形成的火花。与利用X射线管照射样品的XRF不同,OES使用火花的能量,使样品中的电子发射光,并将其转化为光谱图。每一种元素都产生一种特征波长的光,同时测量光谱中该光的峰值强度,OES分析仪便可以对材料成分进行定性和定量分析。尽管OES被认为是一种无损检测方法,但样品的制备需要使用机械砂轮装置,火花也会在样品表面留下一个小的烧伤,分析后需要清除。
 

03 激光诱导击穿光谱

激光诱导击穿光谱(LIBS)已经存在很多年了,是一种主要用于实验室设备的技术。随着技术的最新进展,这项技术现已发展成为一种便携式手持分析仪,能够在现场测量碳,用于材料鉴定和材料分级。与OES一样,LIBS手持式分析仪分析碳也需要氩气,但LIBS分析仪无需使用外部的氩气罐、调节器和软管等装置与仪器进行连接,而是使用集成在仪器中的自耗氩气罐;分析仪使用锂电池,仪器重量小于6.5磅(2.9kg)。

 

 

LIBS分析仪分析前也需要样品制备,但仪器、研磨机和砂光盘均采用手持式尺寸都可以装在一个小箱子里,可以轻松实现将仪器运送到高架工作平台、管道沟渠和难以接近的区域,为用户在现场碳分析过程中提供真正的手持便携性。适当的样品制备是样品分析的关键步骤,样品制备不良会产生不良结果,通过适当的样品制备,用户可以获得快速、可靠和准确的结果。LIBS分析仪可用于测量低浓度的轻元素,如碳、硅和铝。LIBS分析仪的功能使用户能够轻松地对L和H级不锈钢、低合金和碳钢进行分级。LIBS分析仪还可以进行碳当量(CE)或残余元素(RE)计算,用户可以在一个简单直观的操作界面进行编辑。

 

LIBS技术利用脉冲激光烧蚀样品表面,产生等离子体。当等离子体冷却时,来自冷却等离子体的电子被激发,导致等离子体发光。周期表中的每个元素都会产生一个独特的LIBS谱峰。通过探测器检测元素发出的特征光谱,可以检测出样品中存在哪些元素。通过测量样品中的光谱峰值及其强度,可以快速测定化学成分,并用百分比浓度(%)或百万分比浓度(PPM)进行量化。


结论

上述几种准确可行的技术均可以在现场实现化学分析。XRF、OES和LIBS技术为用户提供了一个便携式选项来验证或分级材料。了解每种技术的差异和局限性将有助于用户选择仪器,进一步满足所分析材料的特定要求。

 

关于朗铎科技

朗铎科技,全球科学服务领域的方向标-赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)中国区域战略合作伙伴。作为工业检测分析系统解决方案服务商,我们致力于为中国客户提供全球高品质的分析仪器、专业的应用技术支持、优质的售后服务等系统解决方案。朗铎科技是赛默飞世尔尼通(Niton)手持式光谱仪在合金/地矿行业的中国区总经销商,同时也是赛默飞世尔ARL全谱直读光谱仪中国区总经销商。目前朗铎科技主要产品包括手持式合金光谱仪、手持式矿石光谱仪、手持激光诱导击穿光谱仪、直读光谱仪等系列产品。
 

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